BR112018010991B1

BR112018010991B1 - Sensor de padrão térmico

Info

Publication number: BR112018010991B1
Application number: BR112018010991-6A
Authority: BR
Inventors: Jean-François Mainguet; Josep Segura Puchades; Margaux Vigier
Original assignee: Idemia Identity & Security France
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2021-06-29
Also published as: FR3044407B1; US20180356291A1; BR112018010991A2; US10378961B2; CN108700471A; EP3384257B1; WO2017093179A1; FR3044407A1; EP3384257A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um sensor de padrão térmico (100) compreendendo uma pluralidade de pixels (102), cada pixel (102) compreendendo pelo menos uma capacitância piroelétrica formada por pelo menos uma porção de material piroelétrico (106) disposto entre um eletrodo inferior (108) e um eletrodo superior (110), no qual um (108) dos eletrodos inferior e superior corresponde a um eletrodo para ler o pixel (102) e em que um elemento de aquecimento que pode aquecer a porção de material piroelétrico (106) da capacitância piroelétrica do referido pixel (102) por efeito joule durante uma medição do padrão térmico pela capacitância piroelétrica do referido pixel (102) é formada por outro (110) dos eletrodos inferior e superior.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um sensor de padrão térmico, por exemplo um sensor de impressões digitais de detecção térmica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] É conhecida a produção de um sensor de impressão digital compreendendo os meios de detecção térmica. Os referidos meios de detecção térmica podem corresponder a elementos piroelétricos, diodos, termístores ou qualquer outro elemento sensível à temperatura tornando possível converter uma variação de temperatura em uma variação de potencial ou corrente elétrica.

[003] A detecção de impressão digital pode ser realizada pelo chamado sensor “passivo” explorando a diferença de temperatura entre o dedo e o sensor, conforme descrito nos documentos US 4 394 773, US 4 429 413 e US 6 289 114. Estes sensores têm, no entanto, o inconveniente de realizar uma medição que depende exclusivamente da diferença na temperatura entre o dedo e o sensor. Assim, pode acontecer que o nível do sinal obtido é zero quando o dedo e o sensor estão na mesma temperatura, ou que o contraste das imagens capturadas varia e, assim, apresenta problemas durante o processamento posterior das imagens.

[004] A fim de eliminar os problemas levantados pelos sensores térmicos passivos, e, especialmente, no caso de uma aquisição estática onde o dedo não se move, os chamados sensor de impressões digitais “ativos” têm sido propostos, tal como por exemplo aquele descrito nos documentos US 6 091 837 e EP 2 385 486 A1. Em um tal sensor, cada pixel compreende uma capacitância piroelétrica formada de dois eletrodos condutores entre as quais uma porção do material piroelétrico é disposta, e um elemento de aquecimento. O referido elemento de aquecimento dissipa uma certa quantidade do calor no pixel, e o aquecimento do pixel é medido no final de um certo tempo de aquisição, chamado tempo de integração, na presença do dedo no sensor. Isso torna possível distinguir, em cada pixel, a presença de um cume ou um vale da impressão digital detectada dependendo se o calor é absorvido pela pele (pixel na presença de um cume da impressão digital) ou conservado no pixel (pixel na presença de um vale da impressão digital). Isto leva a uma temperatura final menor no caso de um pixel na presença de um cume, onde o calor é absorvido pela pele, em comparação com um pixel na presença de um vale.

[005] Para o primeiro pedido, tal um sensor torna possível medir a capacidade de calor, também chamado calor específico ou capacidade térmica específica, de um elemento em contato com o sensor. As medidas obtidas também dependem da condutividade térmica entre o sensor e a porção do elemento (cume ou vale no caso de uma impressão digital) presente.

[006] Para formar um sensor de calor ativo, os pixels do referido sensor estão acoplados a elementos de aquecimento que geralmente usam o efeito Joule que dissipa o calor de um elemento resistivo que é alimentado por uma corrente. Um dos níveis de empilhamento tecnológico formado os pixels são vantajosamente usados para formar estes elementos de aquecimento. Por exemplo, é possível utilizar um dos níveis de condutores que servem para formar os transistores e interconexões do sensor, se um dos referidos níveis compreender um material condutor tendo uma resistividade adequada e para o qual basta aplicar uma das tensões já disponíveis, por exemplo a tensão de fornecimento do sensor, para gerar aquecimento pelo efeito Joule. Isto é notavelmente usado quando o sensor compreende transistores do tipo de TFT (Transistor de Filme Fino) formado em um substrato de vidro.

[007] Os pixels de tal um sensor estão organizados através da formação de uma matriz de várias linhas e várias colunas. A leitura dos pixels, geralmente, é realizada linha a linha. Os elementos de aquecimento, em seguida, podem também ser controlados linha a linha, por meio de um transistor no cabeçote de cada linha e, assim, não é necessário adicionar transistores de controle nos pixels. Cada linha de elementos de aquecimento está, por exemplo, conectado, de um lado da matriz de pixels, na terra, e no outro lado a um transistor de controle conectado a uma fonte de alimentação adequada de forma a controlar a corrente que flui através de elementos de aquecimento, e, assim, a energia térmica é injetada por efeito Joule nos pixels pelos referidos elementos de aquecimento.

[008] No documento EP 2 385 486 A1, os elementos de aquecimento são formados a partir de uma camada de metal que também servem para formar eletrodos superior e inferior das capacitâncias piroelétricas dos pixels. Estes elementos de aquecimento são, por exemplo, produzidos na forma de uma bobina condutora parcialmente envolvendo cada um dos eletrodos superior ou inferior nos pixels. Um único metal, portanto, serve para formar elementos distintos (elementos de aquecimento e os eletrodos superior ou inferior das capacitâncias piroelétricas), cumprindo funções distintas. A Figura 1 mostra esquematicamente tal uma realização, em que um mesmo nível de metal, aqui o alto nível de metal, serve para a formação dos eletrodos superiores (10) e uma bobina condutora (12) parcialmente envolvendo os eletrodos superiores (10) e tornando possível aquecer lateralmente as capacitâncias piroelétricas formadas em nível dos eletrodos superiores (10).

[009] O uso de um mesmo nível de metal para formar estes eletrodos superior, ou inferior, e os elementos de aquecimento tem, no entanto, a desvantagem de acabar com uma disposição dos elementos de aquecimento além das capacitâncias piroelétricas dos pixels. Estes elementos de aquecimento assim produzem um aquecimento lateral das capacitâncias piroelétricas. No entanto, esse aquecimento lateral não é ideal, especialmente quando o referido pixel recorre a um material piroelétrico que não é um bom condutor de calor.

[010] É possível formar os elementos de aquecimento usando um nível de metal adicional, diferente daqueles servindo para formar os eletrodos superiores ou inferiores das capacitâncias piroelétricas, dispostos acima ou abaixo dos pixels. Isto tem, no entanto, a desvantagem de mover os elementos de aquecimento mais longe das capacitâncias piroelétricas. Além disso, a adição de tal um nível de metal representa um custo adicional comparado com a solução anterior que usa um mesmo nível de metal para formar os eletrodos superiores ou inferiores das capacitâncias piroelétricas e dos elementos de aquecimento.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] Um objetivo da presente invenção é o de propor um sensor de padrão térmico ativo, isto é, compreendendo elementos para aquecer os pixels do sensor, não tendo os inconvenientes dos sensores ativos do estado da técnica.

[012] Para fazer isso, a presente invenção propõe um sensor de padrão térmico compreendendo uma pluralidade de pixels, cada pixel compreendendo pelo menos uma capacitância piroelétrica formada por pelo menos uma porção do material piroelétrico disposto entre um eletrodo inferior e um eletrodo superior, em que um dos eletrodos superior e inferior correspondem a um eletrodo para ler o pixel e em que um elemento de aquecimento que pode aquecer a porção de material piroelétrico da capacitância piroelétrica do referido pixel pelo efeito Joule durante uma medição do padrão térmico pela capacitância piroelétrica do referido pixel é formado pelo outro dos eletrodos inferior e superior.

[013] É, assim, proposto usar diretamente um dos eletrodos inferiores e superiores da capacitância piroelétrica do pixel para formar o elemento de aquecimento destinado a aquecer a porção do material piroelétrico. Portanto, o elemento de aquecimento está localizado o mais próximo possível do material piroelétrico destinado a ser aquecido, o que aumenta bastante a quantidade de calor que é transmitido a ele pelo elemento de aquecimento em comparação com a realização do estado da técnica em que o elemento de aquecimento é formado a partir da mesma camada eletricamente condutora como aquele que serve para a formação de um dos eletrodos superiores e inferiores, mas que é dispostos ao lado da capacitância piroelétrica. Este aumento da capacidade de aquecimento também é encontrado em comparação com um elemento de aquecimento formado em uma camada de metal adicional diferente daqueles que servem para a formação dos eletrodos das capacitâncias piroelétricas.

[014] A invenção propõe, de maneira não óbvia, diretamente usando um dos eletrodos da capacitância piroelétrica de um pixel para formar o elemento de aquecimento do referido pixel, que se resume a usar uma resistência de aquecimento do pixel também servindo para a polarização da capacitância piroelétrica do pixel. Isso é possível devido ao fato de que a aplicação de uma tensão de aquecimento constante para o elemento eletricamente condutor formando ao mesmo tempo um dos eletrodos da capacitância piroelétrica do pixel e o elemento de aquecimento também pode ser usado como tal para polarizar a capacitância piroelétrica.

[015] Tal um sensor também tem a vantagem de simplificar o design para a produção de eletrodos em comparação com os sensores de elétricos do estado da técnica em que os elementos de aquecimento e os eletrodos superiores são produzidos a partir de uma mesma camada condutora, mas formando elementos distintos.

[016] A tensão de aquecimento aplicada ao eletrodo formando o elemento de aquecimento é por exemplo tal que uma diferença diferente de zero nos potenciais elétricos é obtida entre duas extremidades, ou dois terminais, deste eletrodo, trazendo assim uma circulação de uma corrente de aquecimento através do referido eletrodo. A referida corrente é suficientemente importante para que o efeito Joule obtido permita realizar a medição do padrão térmico. Este não é o caso quando um potencial elétrico constante é aplicado à totalidade de um elemento condutor porque, neste caso, nenhuma diferença nos potenciais elétricos é obtida nos terminais de referido elemento condutor, e, portanto, nenhuma circulação de corrente permitindo o aquecimento do referido elemento condutor é obtida.

[017] Os referidos outros eletrodos inferior e superior podem compreender extremidades nos terminais dos quais uma tensão de aquecimento é aplicada, criando uma diferença diferente de zero nos potenciais elétricos entre estas extremidades. O sensor pode compreender meios para aplicar esta tensão de aquecimento. Durante uma medição do padrão térmico, o valor destes potenciais elétricos pode ser substancialmente constante durante a medição.

[018] A expressão “que pode aquecer a porção de material piroelétrico da capacitância piroelétrica do referido pixel por efeito Joule durante uma medição do padrão térmico pela capacitância piroelétrica do referido pixel” significa que o efeito Joule obtido é suficientemente importante de modo que no fim de um certo tempo de medição (o tempo de integração), a medida obtida, isto é, a variação nas cargas elétricas na capacitância piroelétrica, correspondente à diferença de temperatura medida, é importante para detectar o padrão térmico. Portanto, vazamentos de corrente indesejáveis não permitem obter uma variação significativa nas cargas elétricas para detectar o padrão térmico. O efeito Joule obtido pode ser tal que uma variação nas temperaturas de pelo menos 0,5 K, por exemplo cerca de 1 K, do material piroelétrico entre um pixel em contato com a pele e um pixel que não está em contato com pele pode ser obtido. A escolha do valor desta variação de temperatura depende nomeadamente da sensibilidade do material piroelétrico, do tamanho do pixel e do ruído do circuito de leitura.

[019] A expressão “padrão térmico” designa uma distribuição espacial das características térmicas de um objeto que é detectável pelo sensor, por exemplo o padrão de uma impressão digital.

[020] O sensor pode ser capaz de medir o padrão térmico de um elemento por contato direto (e não através de uma radiação do referido elemento como no caso de um sensor medindo, à uma distância, uma temperatura) entre o sensor e referido elemento. O elemento pode ser disposto contra o sensor durante a medição do padrão térmico do referido elemento, nesse caso com um contato térmico feito entre o elemento e o sensor.

[021] O eletrodo para a leitura de um pixel corresponde ao eletrodo em que as cargas elétricas geradas na capacitância piroelétrica do pixel são recuperadas, em seguida, enviadas para um circuito de leitura do sensor.

[022] O material piroelétrico pode compreender por exemplo um fluoreto de polivinilideno ou PVDF e/ou um poli(vinilideno fluoreto-trifluoroetileno) ou P(VDF-TrFE), e/ou uma cerâmica tal como PZT titanato de zirconato de chumbo), e/ou cristais tais como aqueles conhecidos pela sigla TGS (Tris Glicina SDF) ou cristais LiTaO3. Outros materiais piroelétricos são possíveis, notadamente todos aqueles que produzem cargas elétricas em função de um parâmetro piro-piezoelétrico.

[023] Esta realização é vantajosa porque a estrutura do sensor, a qual integra o elemento de aquecimento tão próximo quanto possível em vista do material piroelétrico, compensa a condutividade térmica baixa de PVDF, ou qualquer outro material piroelétrico com baixa condutividade térmica.

[024] O sensor pode ainda compreender um substrato em que estão dispostas as capacitâncias piroelétricas dos pixels, o eletrodo inferior da capacitância piroelétrica de cada pixel sendo capaz de ser disposta entre o substrato e a porção de material piroelétrico da capacitância piroelétrica do pixel, e o eletrodo superior da capacitância piroelétrica de cada pixel pode formar o elemento de aquecimento do referido pixel. Nesta realização, é proposto usar o eletrodo superior da capacitância piroelétrica do pixel como resistência ao aquecimento e como eletrodo de polarização ao qual um potencial elétrico constante é aplicado. Neste caso o eletrodo inferior, isto é, aquele que é o mais próximo do substrato e, que serve como eletrodo para ler as cargas elétricas geradas no pixel.

[025] Os eletrodos das capacitâncias piroelétricas dos pixels correspondente aos eletrodos para leitura dos pixels podem ser formados por primeiras porções distintas de material eletricamente condutor e eletricamente isolados uns dos outros.

[026] Os eletrodos das capacitâncias piroelétricas dos pixels correspondente aos elementos de aquecimento podem ser eletricamente conectados juntos e serem formados por pelo menos uma segunda porção de material eletricamente condutor fornecido com duas extremidades para as quais uma tensão de aquecimento do material piroelétrico das capacitâncias piroelétricas dos referidos pixels é capaz de ser aplicada. Nesta realização, a tensão de aquecimento destinada a ser aplicada às extremidades da segunda porção do material eletricamente condutor também forma os potenciais de polarização das capacitâncias piroelétricas dos referidos pixels. Estes potenciais são diferentes de um pixel para o próximo. Ao manter uma tensão de aquecimento constante durante uma medição, os potenciais de polarização são, dessa forma, também constantes ao longo da medição, o que torna possível, no final, medir a variação das cargas elétricas criadas nas das capacitâncias piroelétricas.

[027] Em uma forma de realização vantajosa, o sensor pode ser tal que: - os pixels estão dispostos formando uma matriz de várias linhas e várias colunas de pixels, - os eletrodos das capacitâncias piroelétricas de cada linha de pixels correspondente aos elementos de aquecimento são eletricamente conectados juntos e são formados por uma segunda porção de material eletricamente condutor distinta das segundas porções de material de eletricamente condutor de outras linhas de pixels, - cada segunda porção de material eletricamente condutor compreende duas extremidades às quais uma tensão de aquecimento do material piroelétrico das capacitâncias piroelétricas da linha de pixels é capaz de ser aplicada.

[028] Nesta forma de realização vantajosa, o eletrodo formando os elementos de aquecimento de cada linha de pixels pode corresponder a uma única segunda porção de material eletricamente condutor. Tensões de aquecimento distintas (mas não necessariamente de valor diferente) se destinam a ser aplicadas nas extremidades de cada uma das segundas porções de material eletricamente condutor. Cada linha de pixels é assim aquecida independentemente uma da outra, que é bem adequado quando a matriz de pixels é lida linha a linha porque isso evita o aquecimento desnecessário de pixels destinados a serem lidos mais tarde. Essa realização também torna possível ter um tempo de integração uniforme para todos os pixels da matriz.

[029] Neste caso, uma das suas extremidades de cada segunda porção de material eletricamente condutor pode ser eletricamente conectada juntas. As extremidades conectadas juntas podem ser conectadas ao solo.

[030] Cada segunda porção de material eletricamente condutor pode compreender, em cada um dos eletrodos formados pela referida segunda porção de material de eletricamente condutor, partes das quais a resistência elétrica é maior do que a do restante da referida segunda porção de material eletricamente condutor. Tal uma realização possibilita concentrar o aquecimento nas capacitâncias piroelétricas e reduzir a perda de calor entre as capacitâncias piroelétricas.

[031] A diferença na resistência elétrica pode ser obtida graças a partes de dimensões menores, por exemplo largura e/ou espessura, em comparação com o restante da porção do material condutor.

[032] O sensor pode ainda compreender meios para aplicar a tensão de aquecimento para as extremidades da(s) segunda(s) porção(ões) do material eletricamente condutor tal que, durante uma medição do padrão térmico por um dos pixels, o valor do potencial elétrico no eletrodo formando o elemento de aquecimento do referido pixel é substancialmente constante durante a medição.

[033] Os pixels podem ser dispostos formando uma matriz de várias linhas e várias colunas de pixels. Cada pixel pode compreender pelo menos uma linha de transistor de seleção capaz de receber em seu portão um sinal de controle comum a toda a linha de pixels ao qual o referido pixel pertence e, quando o transistor de seleção de linha está no estado conectado, para conectar eletricamente o eletrodo para leitura do referido pixel por um circuito de leitura incluindo pelo menos um amplificador e comum aos pixels da coluna ao qual o referido pixel pertence.

[034] Em uma primeira realização, o transistor de seleção de linha pode ser conectado a uma entrada inversora do amplificador, e o circuito de leitura pode ainda incluir: - meios para aplicar uma tensão de referência a uma entrada não invertida do amplificador, - um interruptor, ou comutador, conectado a entrada inversora do amplificador para a saída do amplificador, - uma capacitância, por exemplo um condensador, conectando a entrada inversora do amplificador à saída do amplificador.

[035] Nesta primeira realização, o circuito de leitura realiza uma leitura de uma corrente, isto é, uma leitura direta das cargas elétricas geradas pelas capacitâncias piroelétricas.

[036] Neste caso, o sensor pode ainda compreender um circuito de controle capaz de implementar, para a leitura de uma linha de pixels, pelo menos as seguintes etapas: - ligar os transistores de seleção de linha dos pixels da referida linha e fechar os interruptores dos circuitos de leitura, - aplicar a tensão de aquecimento às extremidades da segunda porção de material eletricamente condutor ou de uma das segundas porções de material eletricamente condutor associado com a referida linha de pixels, - abrir os interruptores dos circuitos de leitura, - esperar por um tempo de integração correspondente à medição do padrão térmico pelos pixels da referida linha, - ler uma tensão de saída do amplificador.

[037] A primeira etapa de ligar os transistores de seleção de linha e fechar os interruptores dos circuitos de leitura torna possível definir os potenciais dos nós ativos dos pixels da linha lida em um valor inicial conhecido correspondente ao valor da tensão de referência aplicado às entradas não inversoras dos amplificadores dos circuitos de leitura.

[038] Quando o tempo de aquecimento dos pixels de uma linha lida é maior que o tempo de integração destes pixels, o método de leitura pode compreender, entre o início do aquecimento dos pixels e o início da medição do padrão térmico, desligar os transistores de seleção de linhas dos pixels de referida linha, então, depois de abrir os interruptores dos circuitos de leitura, ligar os transistores de seleção de linha dos pixels da referida linha.

[039] Nesta realização, o circuito de controle pode parar a aplicação da tensão de aquecimento para as extremidades da segunda porção do material eletricamente condutor desta linha de pixels depois de ler os pixels desta linha.

[040] Em uma segunda realização, cada pixel pode ainda compreender: - um transistor de reinicialização capaz de aplicar uma tensão de reinicialização ao eletrodo para ler o pixel, - um transistor seguidor de tensão do qual um portão está conectado ao eletrodo para ler o pixel e dos quais um dos eletrodos fonte e dreno é conectado ao transistor de seleção de linha.

[041] Nesta segunda realização, o circuito de leitura realiza uma leitura de tensão da medição feita devido ao fato de que o transistor seguidor de tensão faz uma cópia da tensão do eletrodo de leitura o qual é então lido pelo amplificador.

[042] Neste caso, o sensor pode ainda compreender um circuito de controle capaz de implementar, para leitura de uma linha de pixels, pelo menos as seguintes etapas: - ligar os transistores de reinicialização dos pixels da referida linha, - desligar os transistores de seleção de linha dos pixels da referida linha, - aplicar a tensão de aquecimento às extremidades da segunda porção de material eletricamente condutor ou a uma das segundas porções de material eletricamente condutor associado com a referida linha de pixels, - desligar os transistores de reinicialização dos pixels da referida linha, - esperar por um tempo de integração correspondente à medição do padrão térmico dos pixels da referida linha, - ligar os transistores de seleção de linha dos pixels da referida linha, - ler as tensões aplicadas às entradas dos amplificadores dos circuitos de leitura.

[043] No início da implementação das etapas acima, os transistores de reinicialização estão no estado conectado para que as voltagens de reinicialização são aplicadas aos eletrodos de leitura dos pixels lidos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[044] A presente invenção será melhor compreendida a partir da leitura da descrição das formas de realização dadas para fins meramente indicativos e de forma alguma limitativos e referindo-se aos desenhos anexos em que: - A Figura 1 mostra uma vista superior de uma parte de um sensor de padrão térmico de acordo com o estado da técnica, - A Figura 2 mostra uma visão em seção de uma capacitância piroelétrica de um pixel de um sensor de padrão térmico, objeto da presente invenção, - A Figura 3 mostra uma vista superior de uma porção de um sensor de padrão térmico, objeto da presente invenção, de acordo com uma primeira forma de realização, - A Figura 4 mostra uma vista superior de uma parte de um sensor de padrão térmico, objeto da presente invenção, de acordo com uma segunda forma de realização, - A Figura 5 mostra uma vista superior de uma parte de um sensor de padrão térmico, objeto da presente invenção, de acordo com uma alternativa da segunda forma de realização, - As Figuras 6 e 7 mostram as primeira e segunda formas de realização de circuitos para ler os pixels de um sensor de padrão térmico, objeto da presente invenção.

[045] Partes idênticas, similares ou equivalentes das diferentes Figuras descritas a seguir têm as mesmas referências numéricas para facilitar a passagem de uma Figura para a seguinte.

[046] As diferentes partes mostradas nas Figuras não são necessariamente de acordo com uma escala uniforme, a fim de tornar os números mais legíveis.

[047] As diferentes possibilidades (alternativas e formas de realização) devem ser entendida como não sendo mutuamente exclusivas e podem ser combinadas em conjunto.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[048] Referência é feita primeiramente à Figura 2 que mostra uma visão em seção de uma capacitância piroelétrica de um pixel (102), que forma o elemento de detecção térmica do pixel (102), de um sensor de padrão térmico (100).

[049] O sensor (100) compreende um substrato (104) correspondente por exemplo a um substrato de vidro ou um substrato semicondutor (por exemplo silício). Um substrato (104) feito de vidro pode ser usado quando o sensor (100) é produzido com transistores TFT, enquanto um substrato (104) feito de semicondutor, por exemplo silício, pode ser usado quando o sensor (100) compreende transistores produzidos usando tecnologia MOS. O substrato (104) também pode ser um substrato flexível, por exemplo compreendendo poliimida ou PEN (naftaleno de polietileno) ou PET (tereftalato de polietileno), no qual os elementos eletrônicos do sensor (100) são produzidos por tecnologia eletrônica impressa (por exemplo, por meio de uma produção com cabeçotes de impressão tipo jato de tinta) ou por litografia.

[050] Os pixels (102) do sensor (100) estão dispostos formando uma matriz de várias linhas e várias colunas de pixels (102). O passo (Fitch) dos pixels (102), no plano e (X, Y) (isto é, o plano do substrato (104)), é, por exemplo, compreendido entre cerca de 25 μm e 100 μm. No caso de um sensor (100) de resolução igual a 500 dpi (pontos por polegada), o passo dos pixels (102) é igual a 50,8 μm.

[051] Cada um dos pixels (102) do sensor (100) compreende medição térmica, ou detecção, meios formados por uma capacitância piroelétrica. Cada capacitância piroelétrica compreende uma porção (106) de material piroelétrico disposto entre um eletrodo inferior (108) e um eletrodo superior (110). O material piroelétrico da porção (106) é vantajosamente P(VDF- TrFE) ou PVDF. Em uma alternativa, o material piroelétrico da porção (106) pode ser AlN ou PZT, ou qualquer outro material piroelétrico capaz de formar uma capacitância piroelétrica. A espessura da porção (106) é, por exemplo, compreendida entre cerca de 500 nm e 10 μm.

[052] Os eletrodos (108, 110), cada um, compreendem pelo menos um material eletricamente condutor, por exemplo um material de metal como titânio de espessura igual a cerca de 0,2 μm e/ou molibdênio e/ou alumínio e/ou um condutor óxido tal como ITO (óxido de índio estanho) e/ou um polímero condutor. Um dos eletrodos (108, 110), vantajosamente o eletrodo superior (110), ou cada um dos dois eletrodos (108, 110), pode ser formado por uma pilha de vários materiais eletricamente condutores, por exemplo uma pilha de Ti / TiN / AlCu. A espessura de cada um dos eletrodos (108, 110) é, por exemplo compreendido entre cerca de 0,1 μm e 1 μm.

[053] Uma camada protetora (109), correspondente por exemplo para uma camada nitreto de alumínio ou qualquer outro material adequado à produção da referida camada, cobre o eletrodo superior (110). A espessura da camada protetora (109) pode ser compreendida entre vários mícrons e cerca de 100 μm. A face superior (113) da camada protetora (109) corresponde à superfície acima da qual está localizado o padrão térmico destinado a ser detectado, por exemplo um dedo do qual a impressão digital é destinada a ser detectada.

[054] A fim de que o PVDF da porção (106) adquira as propriedades piroelétricas (e também piezoelétricas), referido material é submetido, uma vez na vida útil da capacitância piroelétrica, a um campo elétrico de cerca de 100 volts por mícron da espessura de PVDF. As moléculas dentro do PVDF tornam-se orientadas e, assim, permanecem orientadas, até quando o PVDF não é mais submetido a este campo elétrico. O PVDF ser assim pode ser polarizado aplicando uma voltagem de polarização inicial aos terminais dos eletrodos (108, 110).

[055] Depois desta polarização inicial, quando a porção (106) está sujeita a uma variação em temperatura ΔT, esta variação em temperatura ΔT provoca o surgimento de um campo elétrico adicional, gerando cargas ΔQ entre os eletrodos (108, 110), de tal forma que:

[056] A parâmetro S corresponde à superfície da porção (106) voltada para cada um dos eletrodos (108, 110). O parâmetro Ycorresponde ao coeficiente piroelétrico do material piroelétrico da porção (106). Por exemplo, o coeficiente piroelétrico Y do PVFD é igual a cerca de 32 μC/m2/K.

[057] A porção (106) e os eletrodos (108, 110) formando uma capacitância do valor C aos quais são adicionados capacitância parasitas Cp, as cargas ΔQ geradas induzem uma diferença nos potenciais elétricos ΔV entre os eletrodos (108, 110) tais que:

[058] Além das cargas geradas pela capacitância de valor C, outras cargas também são geradas através das capacitâncias parasitas Cp presente, por exemplo, naqueles conectados à porta do transistor de leitura no caso de um circuito de leitura de tensão.

[059] Quando o potencial no eletrodo de leitura (formado por um dos eletrodos (108, 110)) é fixado (a chamada leitura “corrente”), as cargas geradas fluem para o circuito de leitura formando uma corrente integrada na saída, com neste caso:

com Z correspondendo ao tempo de integração durante o qual a medição é realizada pelo pixel. Tal leitura corrente tem a vantagem de ser insensível, para a primeira ordem, ao valor que das capacitâncias, em particular as capacitâncias parasitas.

[060] O sinal da tensão elétrica ΔV obtido entre os eletrodos (108, 110), ou a direção da corrente no caso de uma leitura em corrente, depende do sentido do campo elétrico no qual o PVDF da porção (106) foi inicialmente polarizado. No caso de certos outros materiais piroelétricos como o nitreto de alumínio, essa direção de polarização inicial depende da maneira em qual o material piroelétrico foi depositado, sua ordem e sua orientação cristalográfica. Além disso, a tensão elétrica ΔV obtida, ou a direção da corrente, pode ser positiva ou negativa dependendo se a variação na temperatura sofrida pela capacitância piroelétrica é positiva ou negativa.

[061] O sensor (100) também compreende elementos de aquecimento que se dissipam uma certa quantidade de calor nos pixels (102) e, nomeadamente, na porção (106) de material piroelétrico. Ao contrário dos sensores piroelétricos do estado da técnica, estes elementos de aquecimento não são elementos transferido ao lado ou acima ou abaixo das capacitâncias piroelétricas, mas são formados diretamente por um dos eletrodos (108, 110) de cada uma das capacitâncias piroelétricas. No exemplo de Figura 2, o elemento de aquecimento da capacitância piroelétrica do pixel (102) é formado pelo eletrodo superior (110). O outro eletrodo da capacitância piroelétrica, aqui o eletrodo inferior (108), serve como eletrodo para ler o pixel (102).

[062] O aquecimento da porção (106) do material piroelétrico é obtido através de uma corrente que circula no eletrodo destinado a formar o elemento de aquecimento. No entanto, este eletrodo também serve para a polarização da capacitância piroelétrica. Portanto, a resistência de aquecimento de cada um dos pixels (102), assim, também serve para a polarização de um eletrodo da capacitância piroelétrica formado pela porção (106) e pelos eletrodos (108, 110) de cada um dos pixels (102) durante a medição realizada por esses pixels (102) (a polarização aplicada durante a medição é diferente da polarização inicial do PVDF descrito anteriormente).

[063] O uso do um dos eletrodos (108, 110) dos pixels (102) para formar a elementos de aquecimento é possível devido ao fato de que o valor do potencial elétrico aplicado a este eletrodo durante a leitura do padrão térmico é constante.

[064] A Figura 3 mostra uma vista superior dos vários pixels (102) do sensor (100) de acordo com uma primeira forma de realização.

[065] Os eletrodos inferiores (108), que correspondem aos eletrodos para leitura dos pixels em que as cargas geradas pelas capacitâncias piroelétricas serão recuperadas para serem lidas, são formados por primeiras porções distintas de material eletricamente condutor e eletricamente isolados uns dos outros. Estas primeiras porções condutoras, cada uma, têm uma seção retangular no plano e do substrato (104) (plano (X, Y)), e estão dispostos ao lado do outro na forma de uma matriz a fim de formar as matrizes de pixels (102). O material piroelétrico é produzido na forma de uma única porção (106) cobrindo todos os eletrodos inferiores (108). Os eletrodos superiores (110) dos pixels são formados por uma segunda porção de material eletricamente condutor (111) comum a todos os pixels (102) e formando os elementos de aquecimento dos pixels (102). Os eletrodos superiores (110) dos pixels (102) são, assim, eletricamente conectados em conjunto. A segunda porção de material eletricamente condutor (111) é composta de várias partes (112) se estendendo paralelamente umas às outras e cobrindo cada uma das partes da porção (106) formando as capacitâncias piroelétricas de uma mesma coluna da matriz de pixels (102). Outras partes (114) da segunda porção de material eletricamente condutor (111) conectam em série a partes (112) e se estende perpendicularmente a estas partes (112). A segunda porção de material eletricamente condutor (111) formando os eletrodos superiores (110) dos pixels (102) aqui tem uma forma de “bobina”.

[066] A segunda porção de material eletricamente condutor (111) também compreende duas extremidades (116, 118) às quais uma tensão de aquecimento destina-se a ser aplicada. Uma das duas extremidades (116, 118) é, por exemplo, conectada ao solo, e um potencial de aquecimento diferente de zero é aplicado à outra extremidade por meios de aquecimento por exemplo formados por uma ligação elétrica aplicando uma tensão existente no sensor para a extremidade (116). Por exemplo, se a extremidade (118) estiver conectada ao solo e se um potencial de aquecimento Aquecimento é aplicado à extremidade (116), uma corrente, em seguida, flui a partir da extremidade (116) para a extremidade (118) da segunda porção (111), causando aquecimento de efeito Joule na segunda porção (111), e desse modo aquecendo a porção (106) dos pixels (102). O valor da tensão de aquecimento é escolhido como uma função da potência de aquecimento desejada, a referida potência nomeadamente sendo uma função da espessura da porção (106) destinada a ser aquecida, bem como a espessura da camada protetora (109), o coeficiente piroelétrico do material da porção (106), a sensitividade do circuito de leitura, o nível de ruído do circuito de leitura e o tempo de integração. Em um pixel (102), a potência de aquecimento é, por exemplo, compreendida entre cerca de 0,1 mW e 10 mW.

[067] Vantajosamente, para todas as formas de realização da invenção, a segunda porção do material condutor (111) servindo como resistência para aquecer os pixels (102) também forma o eletrodo superior (110) dos pixels (102) que é disposto acima do material do piroelétrico e não do eletrodo inferior (108), porque esta disposição faz com que seja possível conectar ao solo do sensor (100) as porções condutoras das capacitâncias piroelétricas que são as mais próximas do exterior do sensor (100). Tal disposição forma uma proteção em vista das descargas eletroestáticas (ESD) porque se tal descarga acontece, lá, então existe um caminho preferencial para as cargas elétricas fluírem devido a esta descarga, o que limita a pane de tensão com os elementos ativos frágeis do sensor (100), tais como transistores.

[068] Um sensor (100) também é proposto de acordo com uma segunda forma de realização, mostrada na Figura 4. Nesta segunda forma de realização, o sensor (100) compreende várias segundas porções de material condutor (111), cada uma formando os eletrodos superiores (110) dos pixels (102) dispostos na mesma linha. Seis segundas porções do material condutor (111) são mostradas na Figura 4. Cada uma das segundas porções (111) compreende uma primeira extremidade (116) à qual é aplicado um potencial de aquecimento, e uma segunda extremidade (118) conectada a outra porção condutora (120) comum a todas as segundas porções (111) e conectadas ao solo. Os potenciais elétricos aplicados às primeiras extremidades (116) das segundas porções (111) são semelhantes de uma porção (111) para a outra.

[069] Comparada com a primeira forma de realização, esta segunda forma de realização torna possível aquecer e polarizar cada linha de pixels (102) independentemente uma da outra, que simplifica a leitura dos pixels (102). Isto reduz notavelmente os riscos de não uniformidade de leitura dos pixels (102) que pode ser devido a um atraso na leitura dos pixels (102). A energia necessária para aquecer os pixels (102) é também reduzida porque os pixels (102) não são todos aquecidos simultaneamente.

[070] Os valores das tensões de aquecimento aplicados às segundas porções (111) são ajustados em comparação com a resistividade do metal das segundas porções (111), a fim de produzir a energia térmica desejada nos pixels (102). Por exemplo, um sensor (100) é considerado compreendendo uma matriz de 400 x 300 pixels a 500 dpi (que corresponde à pixels (102) dispostos ao lado do outro com um passo de 50,8 μm). Para um tal sensor (100), quando as segundas porções (111) compreendem titânio, cada uma têm uma espessura igual a cerca de 200 nm e têm uma resistividade da ordem de 2 ohms por quadrado, cada uma das segundas porções (111) que formam os eletrodos superiores (110) de uma linha de 400 pixels tendo, cada uma, uma largura (dimensão ao longo do eixo Y da Figura 4, isto é, a dimensão localizada no plano e no qual estende a superfície principal da segunda porção (111) e que é perpendicular à dimensão principal, isto é, o comprimento, da segunda porção (111)) igual a cerca de 40 μm tem uma resistividade igual a 400 x 50/40 = 500 quadrados, é 1 kOhm. Para obter uma potência dissipada por pixel (102) igual a cerca de 0,1 mW, ou seja, cerca de 40 mW para cada linha de pixels (102), um potencial elétrico em torno de 6,3 V é aplicado a cada uma das extremidades (116) das segundas porções (111). A fim de se obter cerca de 1 mW de potência dissipada por pixel, um potencial elétrico de cerca de 20 V é aplicado a cada uma das extremidades (116) das segundas porções (111).

[071] Na segunda forma de realização mostrada na Figura 4, as segundas porções (111) formam tiras condutoras de largura uniforme que se estendem ao longo de uma linha de pixels (102). O calor é assim difundido de forma uniforme ao longo de cada tira condutora. De acordo com uma forma de realização alternativa mostrada na Figura 5, a largura de cada uma das segundas porções (111) não é uniforme ao longo de todo o seu comprimento. As partes (122) de cada segunda porção (111) localizadas de frente para os eletrodos inferiores (108), isto é, centralizadas em cada pixel (102), têm uma largura menor do que a de outras partes (124) dispostas montadas e acima de dois pixels e, cada uma, conecta duas partes (122). Esta forma de realização alternativa faz com que seja possível concentrar o aquecimento produzido em cada pixel (102) e limita as perdas de calor entre os pixels (102), devido ao fato de que a resistência elétrica aumenta na junção entre uma parte (122) e uma parte adjacente (124) (estas junções sendo localizadas sobre os pixels (102) e não entre os pixels (102)), que causa um efeito Joule mais significativo e uma injeção de calor mais significativa de calor para estas junções. O fato de ter pontos quentes centradas sobre os pixels (102) também reduz os problemas de diatermia, isto é, a transferência lateral de calor entre os pixels vizinhos. Esta alternativa provoca, no entanto, uma ligeira redução nas cargas piroelétricas geradas devido ao fato da redução na superfície do material piroelétrico ficar voltado às segundas porções (111), o que significa que um compromisso tem que ser encontrado entre os diferentes parâmetros térmicos, as velocidades de leitura, etc.

[072] Estes pontos quentes centrados sobre os pixels (102) podem ser formados não através da redução da largura de cada uma das segundas porções (111) nos pixels (102), mas reduzindo a espessura do material condutor das segundas porções (111) nos pixels (102).

[073] Em alternativa das formas de realização descritas anteriormente, as porções condutoras que servem tanto para a polarização das capacitâncias piroelétricas e para o aquecimento do material piroelétrico dos pixels (102) podem corresponder não àqueles que formam os eletrodos superiores (110) dos pixels (102) mas àqueles que formam os eletrodos inferiores (108) dos pixels (102). Além disso, formas, ou desenhos, da(s) porção(ões) condutora(s) que formam ambos um dos eletrodos da capacitância piroelétrica de cada pixel (102) e os elementos de aquecimento destes pixels (102) que não os descritos anteriormente podem ser previstos.

[074] Além das capacitâncias piroelétricas dos pixels (102), o sensor (100) também compreende elementos eletrônicos que permitem ler as cargas elétricas geradas pelas capacitâncias piroelétricas e, portanto, ler o padrão térmico detectado pelo sensor (100).

[075] A Figura 6 mostra uma primeira forma de realização destes elementos eletrônicos tornando-se possível ler a variação das cargas elétricas que aparece na capacitância piroelétrica de um dos pixels (102) do sensor (100).

[076] O pixel (102) mostrado na Figura 6 compreende uma capacitância piroelétrica formada por uma porção (106) de material piroelétrico disposto entre dois eletrodos (108, 110). Um potencial de aquecimento Vaquecimento tornando possível aquecer a porção (106) do material piroelétrico é aplicado a um dos dois eletrodos de capacitância piroelétrica, por exemplo, o eletrodo superior (110) como nas formas de realização descritas anteriormente. O material eletricamente condutor ao qual é aplicado o potencial de aquecimento Vaquecimento forma um elemento resistente ao aquecimento simbolizado por uma resistência de aquecimento (128). O outro eletrodo (o eletrodo inferior (108) no exemplo descrito aqui) forma um eletrodo para ler o pixel (102) e está conectado a um nó ativo (126) do pixel (102).

[077] Cada de pixel (102) compreende um transistor de seleção de linhas (130). A porta do transistor (130) está conectada a uma conexão elétrica (133) comum a todos os transistores (130) de uma mesma linha e em que uma seleção de sinal é destinada a ser aplicada. Um primeiro dos eletrodos de fonte e de dreno do transistor (130) está conectado ao nó ativo (126) e um segundo dos eletrodos de fonte e de dreno do transistor (130) está conectado a uma entrada de um circuito de leitura (131) localizado ao pé da coluna. Esta entrada do circuito de leitura (131) corresponde à entrada inversora de um amplificador de leitura (132) correspondendo, por exemplo, a um amplificador operacional. Um potencial de polarização elétrica Vref é aplicado à entrada não inversora do amplificador (132). A saída do amplificador (132) é enrolada para trás sobre a sua entrada inversora através de uma capacitância (134). Um interruptor, ou comutador, (136) está conectado em paralelo à capacitância (134) e torna possível o curto-circuito da capacitância (134). A saída do amplificador de leitura (132) está também conectada à entrada de um conversor analógico/ digital (138). O amplificador de leitura (132), a capacitância (134), o interruptor (136) e o conversor analógico/ digital (138) são comuns a todos os pixels (102) de uma mesma coluna. O conversor analógico/ digital (138) pode ser comum a todos os pixels (102) do sensor (100), sujeitos à adição de elementos de multiplexagem eletrônicos entre as saídas do amplificador de leitura (132) e do conversor analógico/ digital (138).

[078] Durante uma medida de uma variação na temperatura do pixel (102), o pixel (102) é em primeiro lugar reinicializado, fechando o interruptor (136) (se este estava anteriormente em posição aberta) e ligando o transistor (130). O potencial Vref é então aplicado ao nó (126). A voltagem de aquecimento é aplicada às extremidades da segunda porção (111) da capacitância piroelétrica do pixel (102). A capacitância piroelétrica está neste momento a uma temperatura T0. O interruptor (136) é então aberto. A integração começa então na capacitância piroelétrica do pixel (102), durante um tempo de integração Z por exemplo igual a cerca de 30 μs. As cargas elétricas são geradas pela capacitância piroelétrica do pixel (102) durante este tempo de integração Z. Devido ao fato de que o interruptor (136) está aberto e que o transistor (130) está conectado, as cargas elétricas geradas pela capacitância piroelétrica do pixel (102) fluem para a capacitância (134) associada com o pixel de (102). No fim desta integração tempo Z, a capacitância piroelétrica está à temperatura T1 e, assim, tem sido submetida a uma variação na temperatura AT = T1 - T0, as cargas elétricas geradas pela capacitância piroelétrica e armazenadas na capacitância (134) sendo a consequência desta variação de temperatura. O potencial elétrico na saída do amplificador (132) é assim Vfora = Q.Cref + Vref, com Q correspondente aos às cargas elétricas geradas e Cref o valor da capacitância (134). Este potencial é então lido e amostrado pelo conversor análogo/ digital (138). Quando a operação de leitura e de amostragem dos resultados está terminado, o interruptor (136) é comutado para a posição fechada, a fim de descarregar a capacitância (134) e o transistor (130) é colocado no estado desconectado para isolar o pixel (106) e para permitir a leitura de outro pixel da coluna. Esta operação de leitura é implementada simultaneamente para todos os pixels (102) de uma mesma linha.

[079] Durante essa leitura, o potencial elétrico Vaquecimento aplicado a um dos eletrodos da capacitância piroelétrica é constante durante toda a leitura de um pixel. Por outro lado, devido ao fato da segunda porção do material condutor (111), ao qual o referido potencial é aplicado, ser comum a vários pixels (102), o valor do potencial de aquecimento aplicado a um dos eletrodos das capacitâncias piroelétricas de cada um destes pixels (102) é diferente de um pixel de para o próximo. Considerando, por exemplo, a segunda forma de realização mostrada na Figura 4, o eletrodo superior (110) da capacitância piroelétrica, o mais próximo à extremidade (116), é submetido a um potencial substancialmente igual a Vaquecimento. O eletrodo superior (110) da seguinte capacitância piroelétrica é submetido a um potencial elétrico substancialmente igual ao Vaquecimento - δV. O valor dos potenciais elétricos aplicado aos eletrodos superiores (110) das capacitâncias piroelétricas diminui proporcionalmente aliado à sua distância em relação à extremidade (116). Quando a porção condutora (120) está conectada ao solo, o eletrodo superior (110) da última capacitância piroelétrica, que corresponde àquele que está na vizinhança da porção condutora (120), é submetido ao potencial elétrico substancialmente igual a 0V, ou seja, o potencial elétrico do solo. Esta variação no potencial elétrico de aquecimento aplicado de um pixel de para o outro não modifica o aquecimento produzido a partir de um pixel para o seguinte devido ao fato de que o fluxo de corrente na segunda porção condutora (111) fazendo com que o aquecimento seja o mesmo em todas as segundas porções condutoras (111) e o mesmo para todos os pixels (102) porque as resistências de aquecimento (128) de todos os pixels (102) são idênticas.

[080] Na leitura dos pixels, o valor dos potenciais de cada eletrodo é diferente de um pixel para o próximo. Por outro lado, para uma mesma variação na temperatura, a tensão nos terminais das capacitâncias piroelétricas é idêntica. No entanto, são as cargas excessivas geradas em comparação com a tensão de referência que são lidas, sejam elas positivas ou negativas. Por exemplo, no caso da primeira forma de realização mostrada na Figura 6, a tensão de leitura resultante obtida na saída do amplificador (132) é de Vfora = Vref ± ΔQ / Cf, com Cf correspondendo ao valor da capacitância (134), que é independente da tensão nos terminais das capacitâncias piroelétricas quando o potencial de Vaquecimento é estável durante o tempo de integração.

[081] Na primeira forma de realização exemplar descrita anteriormente em relação à Figura 6, as cargas elétricas geradas são lidas diretamente pelo amplificador (132). Devido ao fato de que os elementos de leitura eletrônicos em cada pixel (102) corresponderem apenas a um único transistor (130), esta primeira forma de realização é bem adequada para a produção do transistor (130) usando tecnologia TFT amorfa, cujo custo de produção é baixo. Além disso, nesta primeira forma de realização, o tempo de leitura pelo amplificador (132) é curto, por exemplo compreendido entre cerca de 1 e 10 μs, ou mesmo zero, se o pixel (102) estiver conectado ao amplificador (132), durante a integração como é o caso do exemplo descrito anteriormente. Finalmente, na tecnologia TFT, o circuito que compreende os pixels (102) é distinto daquele que compreende os elementos (132), (134), (136) e (138), estes circuitos sendo montados próximos por transferência de um sobre o outro ou por outras soluções (Chip on Flex, fios, etc.).

[082] A Figura 7 mostra uma segunda forma de realização dos elementos eletrônicos que permitem ler em voltagem as medições dos pixels (102) do sensor (100).

[083] Como na primeira forma de realização exemplar, cada pixel (102) compreende a capacitância piroelétrica conectada ao nó ativo (126). Cada pixel (102) é também fornecido com um transistor de reinicialização (140), dos quais um dos eletrodos de fonte e de dreno é conectado ao nó (126) e dos quais o outro dos eletrodos de fonte e de dreno é submetido à aplicação de uma reinicialização de tensão Vreinicialização. Um sinal de controle para a reinicialização do pixel (102) é aplicado à porta do transistor de reinicialização (140). Esta reinicialização faz com que seja possível colocar o potencial elétrico do nó (126) a um valor conhecido (aqui Vreinicialização) no início da integração, como também para esvaziar as cargas da capacitância piroelétrica uma vez a leitura terminou. Quanto ao controle do transistor de seleção de linha de pixel (130), o controle do transistor de reinicialização (140) pode ser comum para toda uma linha de pixels (102).

[084] Ao contrário da primeira forma de realização no qual o nó (126) está diretamente conectado a um primeiro dos eletrodos de fonte e de dreno do transistor (130), o nó (126) está aqui conectado a uma porta de outro transistor (142) que forma uma tensão seguidora e produzindo uma amplificação da leitura de sinal, ou seja, do potencial do eletrodo de leitura (108), evoluindo com as cargas elétricas geradas pela capacitância piroelétrica do pixel (102). O potencial de alimentação elétrica é aplicado a um primeiro eletrodo de fonte e de dreno do transistor (142) e um segundo eletrodo de fonte e de dreno do transistor (142) está conectado ao primeiro eletrodo de fonte e de dreno do transistor (130). Um segundo eletrodo de fonte e de dreno do transistor (130) é conectado à entrada do circuito de leitura (131) formado de um amplificador (144), inversor ou não, de ganho G. A saída do amplificador (144) é conectada à entrada do conversor analógico/ digital (138). Uma fonte de corrente (143) é também acoplada à entrada do amplificador (144), a fim de polarizar rapidamente o transistor (142) em uma zona de operação onde ele se comporta como seguidor de tensão.

[085] Nesta segunda forma de realização, a leitura de um pixel (102) é realizada por meio de três transistores, por exemplo do tipo MOS. A leitura é realizada em volts e benefícios a partir do local de amplificação produzido pelo transistor seguidor (142), que bloqueia o fluxo de cargas sobre o nó ativo (126). Os transistores podem ser feitos de polisilicone ou IGZO.

[086] Esta segunda forma de realização realiza uma leitura não destrutiva das cargas geradas pelas capacitâncias piroelétricas. De fato, contanto que o nó ativo (126) não tenha sido submetido a reinicialização, as cargas elétricas geradas são conservadas.

[087] No caso da segunda forma de realização mostrada na Figura 7, a tensão de leitura resultante obtida na saída do amplificador (144) depende do valor da capacitância piroelétrica, além da capacitância parasita presente sobre o nó ativo (126), e é igual a G(Vreinicialização ± ΔQ / Cpiro). Nesta segunda forma de realização, é possível aquecer as porções (106) do material piroelétrico através da aplicação de uma diferença de potenciais indo de Vaquecimento para o solo entre as extremidades (116) e (118) de cada uma das segundas porções de material condutor (111).

[088] Quando os elementos de leitura eletrônicos correspondem aos da segunda forma de realização descrita anteriormente, a leitura de um dos pixels (102) do dispositivo (100) pode ser realizada implementando as seguintes etapas: - reiniciar a capacitância piroelétrica ligando o transistor de reinicialização (140), - desligando o transistor de seleção de linha de pixels (130), - ligar o aquecimento da porção de material piroelétrico (106) do pixel (102) através da aplicação do potencial Vaquecimento para um dos eletrodos da capacitância piroelétrica associada com o pixel (102) destinado a ser lido, - desligar o transistor de reinicialização (140), - iniciar a integração do pixel (102), que é, em seguida, à temperatura T0, - esperar o tempo de integração Z, por exemplo igual a 30 μs, - ler o pixel (102), que corresponde à ligação do transistor (130) que faz com que seja possível voltar a copiar a tensão recebida sobre a porta do seguidor de transistor (142) para o amplificador (144) e amostrar o valor obtido depois desta conversão, que corresponde à variação na temperatura AT = T1 - T0, - desligar o aquecimento da porção de material piroelétrico (106).

[089] De um modo geral, o tempo de integração Z será compreendido entre cerca de 30 μs e 1 ms a fim de obter uma variação na temperatura compreendida entre cerca de 0,5 K e 2 K.

[090] Além disso, se a leitura é realizada em cargas (ou em corrente) ou em tensão, o ligar e o desligar do aquecimento não são realizadas durante o tempo de integração Z e a leitura. De fato, ligar o aquecimento faz com que o potencial de um dos eletrodos das capacitâncias piroelétricas varie de forma importante. Esta variação é assim encontrada em outro eletrodo das capacitâncias piroelétricas. Esta variação em potencial é, para certos pixels, muito maior que o sinal que se pretende ler pelos mesmos pixels. Pela mesma razão, é aconselhável limitar o máximo possível a todos os parasitas no potencial Vaquecimento durante o tempo de integração, em particular aqueles ligados a extrações de corrente decorrentes da operação de outras partes eletrônicas.

[091] Seja qual for a forma de realização dos elementos de leitura eletrônica do sensor (100), os pixels (102) são vantajosamente lidos linha a linha.

[092] Embora não seja mostrado, o sensor (100) compreende um circuito de controle que permite aplicar os sinais de controle descritos acima para conduzir a leitura dos pixels (102).

[093] O padrão térmico detectado pelo sensor (100) corresponde vantajosamente a uma impressão digital.

[094] Embora não seja mostrado, o sensor (100) pode ainda compreender um circuito de processamento eletrônico capaz de construir uma imagem geral do padrão térmico a partir de medições feitas em cada um dos pixels (102). Este circuito de processamento eletrônico pode também ser capaz de comparar a referida imagem com várias imagens armazenadas em uma base de dados de modo a identificar se o padrão térmico detectado corresponde a um daqueles armazenados na base de dados. O circuito de processamento eletrônico também pode ser capaz de exibir uma imagem do padrão térmico detectado.

[095] Além disso, o sensor (100), vantajosamente, compreende, em adição aos elementos de detecção térmica descritos anteriormente, elementos de detecção óptico ou capacitivo tornando possível detectar uma imagem do elemento do qual o padrão térmico é também detectado. Portanto, o sensor (100) pode compreender uma matriz de pixels de detecção óptica entrelaçados com os pixels de detecção térmica.

Claims

1. SENSOR DE PADRÃO TÉRMICO (100), caracterizado por compreender: - uma pluralidade de pixels (102), cada pixel (102) compreendendo pelo menos uma capacitância piroelétrica formada por pelo menos uma porção de material piroelétrico (106) disposto entre um eletrodo inferior (108) e um eletrodo superior (110), no qual um (108) dos eletrodos inferior e superior corresponde a um eletrodo para ler o pixel (102) e em que um elemento de aquecimento que pode aquecer a porção de material piroelétrico (106) da capacitância piroelétrica do referido pixel (102) por efeito Joule durante uma medição do padrão térmico pela capacitância piroelétrica do referido pixel (102) é formada por outro (110) dos eletrodos inferior e superior; e - meios para aplicar uma tensão de aquecimento nas extremidades (116, 118) do eletrodo que forma os elementos de aquecimento, criando uma diferença diferente de zero no potenciais elétricos e uma circulação de uma corrente de aquecimento entre as referidas extremidades.

2. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material piroelétrico compreender PVDF e/ou P(VDF-TrFE) e/ou PZT.

3. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender ainda um substrato (104) no qual estão dispostas as capacitâncias piroelétricas dos pixels (102), o eletrodo inferior (108) da capacitância piroelétrica de cada pixel de (102) sendo disposto entre o substrato (104) e a porção de material piroelétrico (106) da capacitância piroelétrica do pixel (102), e em que o eletrodo superior (110) da capacitância piroelétrica de cada pixel (102) forma o elemento de aquecimento do referido pixel (102).

4. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos eletrodos (108) das capacitâncias piroelétrica dos pixels (102) correspondentes aos eletrodos para leitura dos pixels (102) serem formados por primeiras porções distintas de material eletricamente condutor e isoladas eletricamente umas das outras.

5. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelos eletrodos (110) das capacitâncias piroelétricas dos pixels (102) correspondentes aos elementos de aquecimento estarem eletricamente conectados entre si e serem formados por pelo menos uma segunda porção (111) de material eletricamente condutor fornecido com duas extremidades (116, 118) às quais a tensão de aquecimento do material piroelétrico (106) das capacitâncias piroelétricas dos pixels (102) é capaz de ser aplicada.

6. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por: - os pixels (102) estarem dispostos formando uma matriz de várias linhas e várias colunas de pixels (102), - os eletrodos (110) das capacitâncias piroelétricas de cada linha de pixels (102) correspondentes aos elementos de aquecimento estarem eletricamente conectados entre si e serem formados por uma segunda porção (111) de material eletricamente condutor distinta das segundas porções (111) de material eletricamente condutor das outras linhas de pixels (102), - cada segunda porção (111) de material eletricamente condutor compreender duas extremidades (116, 118) a qual a tensão de aquecimento do material piroelétrico (106) das capacitâncias piroelétricas da linha de pixels (102) é capaz de ser aplicada.

7. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por uma das duas extremidades (118) de cada segunda porção (111) de material eletricamente condutor serem eletricamente conectadas entre si.

8. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado por cada segunda porção (111) de material eletricamente condutor compreender, em cada um dos eletrodos (110) formadas pela referida segunda porção (111) de material eletricamente condutor, partes (122) das quais a resistência elétrica é maior do que a do restante (124) da referida segunda porção (111) de material eletricamente condutor.

9. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado por, durante uma medição do padrão térmico por um dos pixels (102), o valor do potencial elétrico sobre o eletrodo (110) que forma o elemento de aquecimento do referido pixel (102) ser constante durante toda a medição.

10. SENSOR (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelos pixels (102) estarem dispostos formando uma matriz de várias linhas e de várias colunas de pixels (102), e em que cada pixel (102) compreende, pelo menos, um transistor de seleção de linha (130) capaz de receber no seu portão uma sinal de controle comum a toda a linha de pixels (102) à qual o referido pixel (102) pertence e, quando o transistor de seleção de linha (130) está no estado ligado, conectando eletricamente o eletrodo para ler o referido pixel (102) a um circuito de leitura (131) incluindo pelo menos um amplificador (132, 144) e comum aos pixels (102) da coluna a qual o referido pixel (102) pertence.

11. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo transistor de seleção de linha (130) estar conectado à entrada inversora do amplificador (132), e em que o circuito de leitura (131) compreender ainda: - meios para aplicar uma tensão de referência a uma entrada não inversora do amplificador (132), - um interruptor (136) que conecta a entrada inversora do amplificador (132) à saída do amplificador (132), - uma capacitância (134) conectando a entrada inversora do amplificador (132) à saída do amplificador (132).

12. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda um circuito de controle capaz de implementar, por leitura uma linha de pixels (102), pelo menos as seguintes etapas: - ligar os transistores de seleção de linha (130) dos pixels (102) da referida linha e fechar os interruptores (136) dos circuitos de leitura (131), - aplicar a tensão de aquecimento às extremidades (116, 118) da segunda porção (111) de material eletricamente condutor ou de uma das segundas porções (111) de material eletricamente condutor associado com a referida linha de pixels (102), - abrir os interruptores (136) dos circuitos de leitura (131), - esperar por um tempo de integração correspondente à medição do padrão térmico pelos pixels (102) da referida linha, - ler uma tensão de saída do amplificador (132).

13. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por cada pixel (102) compreender ainda: - um transistor de reinicialização (140) capaz de aplicar uma tensão de reinicialização para o eletrodo de leitura (108) do pixel (102), - um transistor seguidor de tensão (142) do qual uma porta está conectada ao eletrodo de leitura (108) do pixel (102) e do qual um dos eletrodos de fonte e de dreno é conectado ao transistor de seleção de linha (130).

14. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender ainda um circuito de controle capaz de implementar, para ler uma linha de pixels (102), pelo menos as seguintes etapas: - ligar os transistores de reinicialização (140) dos pixels (102) da referida linha, - desligar os transistores de seleção de linha (130) dos pixels (102) da referida linha, - aplicar a tensão de aquecimento às extremidades (116, 118) da segunda porção (111) de material eletricamente condutor ou a uma das segundas porções (111) de material eletricamente condutor associado com a referida linha de pixels (102), - desligar os transistores de reinicialização (140) dos pixels (102) da referida linha, - esperar por um tempo de integração correspondente à medição do padrão térmico dos pixels (102) da referida linha, - ligar os transistores de seleção de linha (130) dos pixels (102) da referida linha, - ler as tensões aplicadas às entradas dos amplificadores dos circuitos de leitura.