FR2851052A1

FR2851052A1 - Lentille a focale variable comprenant un substrat en silicium, en arseniure de gallium ou en quartz

Info

Publication number: FR2851052A1
Application number: FR0301687A
Authority: FR
Inventors: Frederic Gaillard; Marc Plissonnier; Pierre Juliet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-08-13
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: FR2851052B1; WO2004074902A1

Abstract

Une lentille à focale variable comprend une couche électriquement isolante (2) formée sur au moins une partie d'un support, des moyens de former sur la couche isolante (2) une surface hydrophobe (1a) et une goutte (1) d'un liquide électriquement isolant disposée sur la surface hydrophobe (1a). Le support est constitué par un substrat (4) en quartz recouvert par une couche électriquement conductrice (5) ou par un substrat (4) en silicium ou en arséniure de gallium. La couche isolante (2) peut être recouverte par une couche hydrophobe (3), de préférence en composés carbofluorés ou en carbones amorphes, de manière à former la surface hydrophobe (1a).

Description

Lentille à focale variable comprenant un substrat en silicium, en

arséniure

de gallium ou en quartz.

Domaine technique de l'invention L'invention concerne une lentille à focale variable comprenant une couche électriquement isolante formée sur au moins une partie d'un support, des moyens de former sur la couche isolante une surface hydrophobe et une goutte 10 d'un liquide électriquement isolant disposée sur la surface hydrophobe.

tat de la technique Les lentilles à focale variable sont de plus en plus utilisées dans des dispositifs d'imagerie et notamment dans les caméras, les appareils photographiques ou les microscopes. Le principe consiste à immerger une micro-lentille constituée par une goutte d'un liquide électriquement isolant dans une cellule remplie d'un liquide organique conducteur et non miscible avec le liquide isolant. 20 L'application d'une différence de potentiel à travers la cellule permet d'obtenir une lentille à focale variable, en faisant varier la forme de la goutte. Des moyens de centrage ont été proposés pour contrôler la forme de la goutte, une fois la tension appliquée. Ainsi, le document EP-A1-1166157 décrit un procédé de centrage consistant à former, à un emplacement donné d'une surface, un 25 évidement évasé dans lequel est maintenue la goutte.

Les substrats connus pour réaliser de telles lentilles à focale variable, sont généralement en acier inoxydable, en alumine ou en matériau plastique. Une cavité, généralement de forme conique et destinée à centrer la goutte de liquide isolant, est réalisée dans le substrat. Une couche servant d'isolant électrique, en polymères fluorés tels que le Téflon commercialisé par la société Tetrachim, est déposée sur ce substrat par thermocollage, puis elle est usinée pour obtenir une épaisseur de 2 microns environ. Ces substrats ne permettent, cependant, 5 pas d'obtenir un bon aspect de surface, ni des formes reproductibles. En effet, l'usinage du Téflon et la formation de la cavité, par exemple par électroérosion pour un substrat en acier inoxydable, génèrent une variation de l'épaisseur de la couche isolante et des rugosités de surface importantes dans le substrat.

Objet de l'invention L'invention a pour but une lentille à focale variable facile à réaliser et comportant un support ayant un aspect de surface satisfaisant et sur lequel peuvent être 15 déposées des couches minces d'épaisseur contrôlée.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le support est constitué par un substrat en quartz recouvert par une couche électriquement conductrice ou par un substrat en silicium ou en arséniure de gallium.

Selon un développement de l'invention, le support comporte une cavité conique destinée à contenir la goutte.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le substrat en silicium ou en 25 arséniure de gallium est recouvert par une couche conductrice électriquement.

Selon une autre caractéristique, la couche conductrice est constituée par un matériau choisi parmi le groupe comprenant le silicium polycristallin, le tungstène, le platine, le cuivre, le titane, le cobalt, le tantale, le germanium, le molybdène, le ruthénium, les siliciures de tungstène, de titane, de cobalt ou de germanium et les nitrures de titane ou de tantale.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la couche isolante est constituée par un matériau diélectrique ayant une permittivité supérieure à 3,9.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une lentille à focale variable selon l'invention.

La figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'une lentille selon l'invention.

La figure 3 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation 20 d'une lentille selon l'invention.

d'une partie d'une partie d'une partie

Description de modes particuliers de réalisation.

Une lentille à focale variable, selon l'invention, comporte une couche électriquement isolante formée sur au moins une partie d'un support, des moyens de former sur la couche isolante une surface hydrophobe et une goutte d'un liquide électriquement isolant disposée sur la surface hydrophobe. Le support est constitué par un substrat en quartz recouvert par une couche électriquement conductrice ou par un substrat en silicium ou en arséniure de gallium.

Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 1, une goutte 1 d'un 5 liquide électriquement isolant est disposée sur une surface hydrophobe l a d'une couche électriquement isolante 2, de préférence dans une enceinte remplie par un liquide conducteur (non représentés). La goutte l correspond à une microlentille dont la focale peut varier continment en utilisant le phénomène d'électromouillage. Ainsi, la mouillabilité de la goutte 1 augmente sensiblement 10 en présence d'un champ électrique d à une tension électrique appliquée entre une première électrode disposée sous la goutte 1 et une seconde électrode ou le liquide conducteur. Les deux liquides respectivement isolant et conducteur sont transparents, non miscibles, et ils ont des indices de réfraction différents.

La surface hydrophobe la présente une faible mouillabilité vis-à-vis du liquide 15 conducteur et une forte mouillabilité vis-à-vis du liquide isolant.

La couche isolante 2 est, de préférence, en oxyde de silicium dopé avec du carbone (SiOCH) ou en composés carbofluorés (CFX avec x compris entre 1 et 4), de manière à rendre sa surface hydrophobe. La couche isolante 2 est 20 disposée sur au moins une partie d'un support destiné à former la première électrode permettant d'appliquer une tension électrique avec le liquide conducteur. Le support est constitué par un substrat 4 en silicium ou en arséniure de gallium, ledit substrat ayant, de préférence, une épaisseur inférieure à 1 mm. La conductivité du substrat 4 en silicium ou en arséniure de 25 gallium peut être renforcée par une couche électriquement conductrice le recouvrant.

Dans un second mode de réalisation représenté à la figure 2, le support est constitué par un substrat 4 en quartz recouvert par une couche électriquement conductrice 5. La couche électriquement conductrice 5 est, de préférence, constituée par un matériau choisi parmi le groupe comprenant le silicium polycristallin, le tungstène, le platine, le cuivre, le titane, le cobalt, le tantale, le germanium, le molybdène, le ruthénium, les siliciures de tungstène, de titane, de 5 cobalt ou de germanium et les nitrures de titane ou de tantale. La couche électriquement conductrice 5 a, de préférence, une épaisseur comprise entre 50nm et 10OOnm tandis que le substrat 4 a, de préférence, une épaisseur inférieure à 1 mm.

Une couche isolante 2 est disposée sur la couche électriquement conductrice 5 du support. Elle a, de préférence, une épaisseur inférieure ou égale à 2 micromètres et elle est, de préférence, constituée par un matériau diélectrique ayant une permittivité supérieure à 3,9. Le matériau diélectrique est, par exemple, choisi parmi le groupe comprenant le nitrure de silicium, un silicium 15 amorphe dopé avec du carbone, un silicium amorphe dopé avec du carbone et de l'azote, les oxydes de silicium, de tantale, de titane, de hafnium, de zirconium, l'alumine, l'oxyde de titane et de strontium, l'oxyde de titane et de baryum, l'oxyde de titane, de zirconium et de plomb, plus connu sous le nom de PZT, et l'oxyde de titane, de baryum et de strontium, connu également sous le 20 nom de SBT. Une couche hydrophobe 3 est disposée sur la couche isolante 2 de manière à former la surface hydrophobe la qui est, de préférence, en composés carbofluorés, c'est-à-dire en CFx, avec x compris entre 1 et 4, ou en carbones amorphes, c'est-à-dire CHx, avec x compris entre 1 et 4. La couche hydrophobe 3 permet d'obtenir un angle de goutte supérieur à 900, pouvant 25 même atteindre 1400.

Le fait que la couche isolante 2 ait une permittivité supérieure à 3,9 permet, notamment, de diminuer la tension électrique appliquée sur la goutte 1 d'un facteur 100 par rapport à une couche isolante selon l'art antérieur et plus particulièrement par rapport à une couche isolante en Téflon .

L'utilisation d'un substrat 4 en silicium, en arséniure de gallium ou en quartz 5 présente l'avantage de pouvoir utiliser les techniques de la microélectronique, en particulier les méthodes de dépôt de couches minces et de gravure. Ainsi le dépôt de la couche électriquement conductrice 5 sur le substrat 4 (figure 2) peut être réalisé par un dépôt en phase vapeur de type PVD, CVD, PECVD ou MOCVD, respectivement connus sous le nom anglo-saxon de "Physical Vapor 10 Deposition ", "Chemical Vapor Deposition ", Plasma Enhanced Chemical Vapor Desposition ", et Metal- Organic Chemical Vapor Deposition ". Ceci permet de réaliser des dépôts dont l'épaisseur varie de moins de 2% sur un diamètre de 200mm. L'uniformité de l'épaisseur du dépôt permet ainsi d'obtenir un support ayant une conductivité électrique stable.

Selon une variante de réalisation représentée à la figure 3, le substrat 4 comporte une cavité conique 6 dans laquelle est disposée la goutte 1. La cavité conique 6 permet de maintenir la goutte 1 à un emplacement donné du support.

La pente de la cavité 6 est, de préférence, déterminée selon un procédé de 20 centrage décrit dans le document WO-A1-0058763. Le fait d'utiliser un substrat en silicium, en arséniure de gallium ou en quartz permet de former la cavité 6, grâce à un procédé issu de la microélectronique, telle que la gravure par plasma. A titre d'exemple, un dépôt de résine et une photolithographie de 365 nm sont réalisés sur un substrat 4 en silicium, de manière à réaliser la cavité 25 conique 6 par une gravure sèche par bromure et chlore (HBr et C12) ou par hexafluorure de soufre (SF6), dans un réacteur plasma à haute ou moyenne densité, de type plasma par couplage inductif (Inductive Coupling Plasma ou ICP), gravure ionique (Reactive Ion Etchning ou RIE) ou Electro-CylcoRésonance (ECR), RIE, ECR, ou ICP. La polymérisation de la résine est contrôlée de sorte que la pente de cavité 6 est de 450. Une couche électriquement conductrice 5 de 50 nm peut être déposée sur le substrat 4 pour renforcer sa conductibilité puis la couche électriquement isolante 2, d'une épaisseur de 2 microns et la couche hydrophobe 3 sont successivement déposées sur le substrat 4.

Ainsi, cette technique de gravure sur un substrat, par exemple en silicium, permet de contrôler très précisément la pente du cône de la cavité 6, à 10, tout en engendrant une faible rugosité de surface. La rugosité est, de préférence, 10 inférieure à 50nm. De plus, la couche isolante 2 est déposée de manière uniforme à l'intérieur du cône. Un substrat en silicium ou en quartz permet également de simplifier le procédé de fabrication d'une lentille à focale variable, de réduire les cots de fabrication et d'assurer une production reproductible de lentilles à focale variable. Une lentille à focale variable selon l'invention peut, par 15 exemple, être utilisée dans des caméras, des appareils photographiques, des microscope.

Claims

Revendications

1. Lentille à focale variable comprenant une couche électriquement isolante (2) 5 formée sur au moins une partie d'un support, des moyens de former sur la couche isolante une surface hydrophobe (la) et une goutte (1) d'un liquide électriquement isolant disposée sur la surface hydrophobe, lentille caractérisée en ce que le support est constitué par un substrat (4) en quartz recouvert par une couche électriquement conductrice (5) ou par un substrat (4) en silicium ou 10 en arséniure de gallium.

2. Lentille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support comporte une cavité (6) conique destinée à contenir la goutte.

3. Lentille selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le substrat (4) a une épaisseur inférieure à 1 mm.

4. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le substrat (4) en silicium ou en arséniure de gallium est recouvert par une 20 couche conductrice (5) électriquement.

5. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche conductrice (5) est constituée par un matériau choisi parmi le groupe comprenant le silicium polycristallin, le tungstène, le platine, le cuivre, le 25 titane, le cobalt, le tantale, le germanium, le molybdène, le ruthénium, les siliciures de tungstène, de titane, de cobalt ou de germanium et les nitrures de titane ou de tantale.

6. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche conductrice (5) a une épaisseur comprise entre 50 et 1 OOOnm.

7. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche isolante (2) a une épaisseur inférieure ou égale à 2 micromètres.

8. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la couche isolante (2) est constituée par un matériau diélectrique ayant une permittivité supérieure à 3,9.

9. Lentille selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau diélectrique est choisi parmi le groupe comprenant le nitrure de silicium, un silicium amorphe dopé avec du carbone, un silicium amorphe dopé avec du carbone et de l'azote, les oxydes de silicium, de tantale, de titane, de hafnium, 15 de zirconium, l'alumine, l'oxyde de titane et de strontium, l'oxyde de titane et de baryum, l'oxyde de titane, de zirconium et de plomb, et l'oxyde de titane, de baryum et de strontium.

10. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce 20 qu'une couche hydrophobe (3) est disposée sur la couche isolante (2) de manière à former la surface hydrophobe (la).

11. Lentille selon la revendication 10, caractérisée en ce que la couche hydrophobe (3) est en composés carbofluorés ou en carbones amorphes.

12. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche isolante (2) est en oxyde de silicium dopé avec du carbone ou en composés carbofluorés, de manière à rendre sa surface (la) hydrophobe.