FR2885408A1

FR2885408A1 - Electromagnetic radiation e.g. infrared radiation, thermal detection device, has elementary detectors with thermal insulation arm comprising support end on support, where arm is arranged below membranes of other detectors

Info

Publication number: FR2885408A1
Application number: FR0507876A
Authority: FR
Inventors: Astrid Astier; Jean Jacques Yon; Michel Vilain; Andre Perez
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Ulis SAS
Current assignee: Ulis SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2006-11-10

Abstract

The device has elementary detectors (1a, 1b, 1c) juxtaposed in a manner to constitute a matrix. Each detector has membranes (2a, 2b, 2c) sensitive to a radiation and maintained in suspension on a support by thermal insulation arms (11a-11c, 11`a-11`c) which thermally isolate the membrane from the support. A support end on the support of the arm of each detector (1b) is arranged below the membranes (2a, 2b) of the other detector (1a, 1c).

Description

Dispositif de détection de rayonnement thermique à maintien déportéDevice for detecting thermal radiation with remote holding

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

L'invention concerne un dispositif de détection thermique de rayonnement électromagnétique comportant une pluralité de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque détecteur élémentaire comportant une membrane, sensible au rayonnement, maintenue en suspension sur un support par l'intermédiaire d'éléments de maintien isolant thermiquement la membrane du support. The invention relates to a device for thermal detection of electromagnetic radiation comprising a plurality of juxtaposed elementary detectors, each elementary detector comprising a membrane, sensitive to radiation, held in suspension on a support by means of holding elements thermally insulating the membrane. of the support.

État de la technique Les dispositifs de détection thermique de rayonnement électromagnétique sont classiquement constitués par des matrices de détecteurs élémentaires. State of the art Devices for thermal detection of electromagnetic radiation are conventionally constituted by elementary detector arrays.

Un détecteur élémentaire 1 ou microbolomètre, de type connu, illustré aux figures 1 et 2, comporte classiquement une fine membrane 2, sensible aux rayonnements électromagnétiques incidents. La membrane 2 est suspendue sensiblement parallèlement à un substrat de support 3, par l'intermédiaire d'éléments de maintien, qui isolent thermiquement la membrane du substrat de support 3. Sur les figures 1 et 2, les éléments de maintien de la membrane 2 comportent deux bras 4 d'isolation thermique, allongés, solidaires de la membrane 2 et disposés sensiblement dans le plan de la membrane 2. Chacun des bras 4 est fixé à une de ses extrémités au substrat de support 3 par l'intermédiaire d'un plot d'appui 5 servant de point d'ancrage de la membrane 2 sur le substrat de support 3. L'isolation thermique de la membrane 2 est assurée - d'une part par la suspension de la membrane 2 au-dessus du substrat de support 3. L'air présent dans l'espace compris entre la surface du substrat de support 3 et le niveau de la membrane est, de préférence, évacué ou remplacé par un gaz à faible conductivité thermique. An elementary detector 1 or microbolometer, of known type, illustrated in FIGS. 1 and 2, conventionally comprises a thin membrane 2, sensitive to incident electromagnetic radiation. The membrane 2 is suspended substantially parallel to a support substrate 3, by means of holding elements, which thermally isolate the membrane of the support substrate 3. In FIGS. 1 and 2, the elements for holding the membrane 2 comprise two elongate heat insulating arms 4, integral with the membrane 2 and arranged substantially in the plane of the membrane 2. Each of the arms 4 is fixed at one of its ends to the support substrate 3 via a support pad 5 serving as an anchoring point of the membrane 2 on the support substrate 3. The thermal insulation of the membrane 2 is ensured - on the one hand by the suspension of the membrane 2 above the substrate of 3. The air present in the space between the surface of the support substrate 3 and the level of the membrane is preferably removed or replaced by a low thermal conductivity gas.

d'autre part par la forme des bras 4, qui ont une longueur importante visà-vis de leur largeur et de leur épaisseur. on the other hand by the shape of the arms 4, which have a significant length vis-à-vis their width and their thickness.

Sous l'effet d'un rayonnement électromagnétique, la membrane 2, qui absorbe le rayonnement, s'échauffe et transmet sa température à une zone 6 de la membrane, généralement constituée par une couche mince jouant le rôle d'un thermomètre. Cette zone 6 a pour cela une caractéristique électrique qui varie avec la température. C'est, par exemple, sa résistance dans le cas d'un thermistor. Under the effect of electromagnetic radiation, the membrane 2, which absorbs radiation, heats up and transmits its temperature to an area 6 of the membrane, generally consisting of a thin layer acting as a thermometer. This zone 6 has for this an electrical characteristic that varies with temperature. This is, for example, its resistance in the case of a thermistor.

L'interposition, entre la membrane 2 et le substrat de support 3, d'éléments de maintien caractérisés par leur résistance thermique définit dans une large mesure la sensibilité du détecteur. En effet, cette isolation thermique permet de limiter les pertes thermiques de la membrane et, par conséquent, de préserver son échauffement. The interposition, between the membrane 2 and the support substrate 3, holding elements characterized by their thermal resistance defines to a large extent the sensitivity of the detector. In fact, this thermal insulation makes it possible to limit the thermal losses of the membrane and, consequently, to preserve its heating.

Le substrat de support 3 peut être constitué par un circuit électronique intégré sur une plaquette de silicium comprenant, d'une part, les dispositifs de stimuli et de lecture du thermomètre et, d'autre part, des composants de multiplexage qui permettent de sérialiser les signaux issus de différents thermomètres et de les transmettre vers un nombre réduit de sorties, par exemple pour être exploités par un système de visualisation d'image. L'interconnexion électrique entre la zone 6, servant de thermomètre, et les bornes de contact du circuit électronique disposées à la surface du substrat de support 3, est généralement assurée par une couche électriquement conductrice, par exemple métallique, disposée le long des éléments de maintien. The support substrate 3 may be constituted by an integrated electronic circuit on a silicon wafer comprising, on the one hand, the stimulus and reading devices of the thermometer and, on the other hand, multiplexing components which make it possible to serialize the signals from different thermometers and transmit them to a small number of outputs, for example to be operated by an image display system. The electrical interconnection between the zone 6, serving as a thermometer, and the contact terminals of the electronic circuit disposed on the surface of the support substrate 3, is generally provided by an electrically conductive layer, for example a metal layer, arranged along the elements of the maintenance.

De tels détecteurs élémentaires sont classiquement reproduits à l'identique, de manière matricielle sur un substrat de support commun. Une telle structure matricielle est plus particulièrement adaptée à l'élaboration de rétines électroniques. Celles-ci sont ainsi capables de reconstituer une image en deux dimensions d'une scène émettant un rayonnement électromagnétique, qui est projetée sur la rétine par un système optique, classiquement constitué par des lentilles optiques. Chaque détecteur élémentaire forme ainsi un pixel ("picture element" en anglais) du dispositif de détection. Such elementary detectors are conventionally reproduced identically, in a matrix manner on a common support substrate. Such a matrix structure is more particularly adapted to the development of electronic retinas. These are thus able to reconstruct a two-dimensional image of a scene emitting electromagnetic radiation, which is projected on the retina by an optical system, conventionally constituted by optical lenses. Each elementary detector thus forms a pixel ("picture element" in English) of the detection device.

Les technologies classiquement utilisées en microélectronique permettent d'élaborer simultanément un grand nombre de matrices sur un même substrat de support. Technologies conventionally used in microelectronics make it possible to simultaneously develop a large number of matrices on the same support substrate.

Diverses solutions ont été proposées pour améliorer l'isolation thermique de la 15 membrane 2 par rapport au substrat de support 3. Various solutions have been proposed for improving the thermal insulation of the membrane 2 with respect to the support substrate 3.

Une première solution consiste à allonger les bras constituant les éléments de maintien de la membrane sensible sur le substrat de support. Comme représenté à la figure 3, les bras 7 peuvent être allongés d'un facteur de l'ordre de 4 par rapport aux bras 4 de la figure 1, grâce à un repliement des bras le long des quatre arêtes du détecteur élémentaire. L'encombrement dû aux éléments d'isolation thermique dans le plan de la membrane est alors plus important. En conséquence, pour une même surface globale du détecteur élémentaire, cette structure présente l'inconvénient de réduire la surface de la membrane absorbante 2 et la surface du thermomètre qui y est intégré. Il en résulte une diminution sensible de la proportion surfacique de l'onde électromagnétique incidente qui atteint effectivement le détecteur, c'est-à-dire une diminution du facteur de remplissage du détecteur. A first solution is to extend the arms constituting the holding elements of the sensitive membrane on the support substrate. As shown in Figure 3, the arms 7 can be extended by a factor of about 4 relative to the arms 4 of Figure 1, thanks to a folding of the arms along the four edges of the elementary detector. The size due to the thermal insulation elements in the plane of the membrane is then greater. Consequently, for the same overall surface of the elementary detector, this structure has the drawback of reducing the area of the absorbent membrane 2 and the surface of the thermometer incorporated therein. This results in a significant decrease in the surface proportion of the incident electromagnetic wave that actually reaches the detector, that is to say a decrease in the detector fill factor.

Pour remédier à cet inconvénient, le brevet US 6144030 propose un microbolomètre dans lequel les éléments d'isolation thermique sont disposés à un niveau intermédiaire entre la membrane et le substrat. Les éléments d'isolation thermique sont constitués par des poutres repliées sur elles-mêmes, de manière à former des serpentins occupant au-dessous de la membrane sensiblement toute la surface dévolue au détecteur élémentaire. Ceci permet de ne pas dégrader le facteur de remplissage, tout en allongeant les éléments d'isolation thermique servant d'éléments de maintien. Cette structure présente cependant les inconvénients suivants: - Dans le seul mode de réalisation représenté dans le brevet précité, le maintien mécanique des poutres, en forme de serpentin, en porte-à-faux par un point d'ancrage situé à une extrémité du serpentin, nécessite une augmentation de l'épaisseur des poutres et, ainsi, une augmentation de la conductance thermique. To remedy this drawback, US Pat. No. 614,4030 proposes a microbolometer in which the thermal insulation elements are arranged at an intermediate level between the membrane and the substrate. The thermal insulation elements are constituted by beams folded on themselves, so as to form coils occupying below the membrane substantially the entire area devoted to the elementary detector. This makes it possible not to degrade the filling factor while lengthening the thermal insulation elements serving as holding elements. This structure however has the following drawbacks: In the only embodiment represented in the aforementioned patent, the mechanical maintenance of the beams, in the form of a coil, cantilevered by an anchor point located at one end of the coil , requires an increase in the thickness of the beams and, thus, an increase in the thermal conductance.

Cette structure conduit, par ailleurs, à un accroissement de la masse suspendue. Or, un tel accroissement augmente la constante de temps thermique du détecteur, c'est-à-dire diminue la vitesse de réponse du détecteur à une variation de température de la scène. De plus, il exacerbe la vulnérabilité du détecteur aux agressions mécaniques, par exemple aux chocs et aux vibrations. This structure leads, moreover, to an increase in the suspended mass. However, such an increase increases the thermal time constant of the detector, that is to say decreases the speed of response of the detector to a temperature variation of the scene. In addition, it exacerbates the vulnerability of the detector to mechanical aggression, for example shock and vibration.

Une autre solution pour minimiser la conductance thermique des éléments de maintien consiste à réduire la section des bras d'isolation thermique ou, plus généralement, des éléments de maintien. Cependant, des sections trop faibles affaiblissent la rigidité des éléments de maintien. Ceci peut compromettre la stabilité du positionnement de la membrane absorbante. Un fléchissement des éléments de maintien de la membrane peut, par exemple, entraîner un basculement de la membrane jusqu'au contact avec le substrat de support, court-circuitant alors l'isolation thermique. Another solution for minimizing the thermal conductance of the holding elements is to reduce the section of the thermal insulation arms or, more generally, the holding elements. However, too weak sections weaken the rigidity of the holding members. This can compromise the stability of the positioning of the absorbent membrane. A deflection of the membrane holding members may, for example, cause the membrane to tilt to contact with the support substrate, thereby bypassing the thermal insulation.

Le mode de réalisation particulier d'un dispositif de détection connu, comportant plusieurs détecteurs élémentaires adjacents, illustré à la figure 4 permet de remédier à cet inconvénient. En effet, le basculement des membranes est empêché par l'adjonction d'un élément 8 de connexion mécanique, qui relie deux membranes adjacentes (2a et 2b ou 2b et 2c sur la figure 4). Cependant, cette connexion mécanique présente l'inconvénient de coupler thermiquement deux membranes adjacentes. Or, ceci conduit à une dégradation de la résolution spatiale du dispositif de détection. The particular embodiment of a known detection device, comprising several adjacent elementary detectors, illustrated in Figure 4 overcomes this drawback. Indeed, the tilting of the membranes is prevented by the addition of a mechanical connection element 8, which connects two adjacent membranes (2a and 2b or 2b and 2c in Figure 4). However, this mechanical connection has the disadvantage of thermally coupling two adjacent membranes. However, this leads to a degradation of the spatial resolution of the detection device.

Comme illustré à la figure 5, une autre solution connue pour empêcher le basculement consiste à augmenter le nombre de points d'ancrage des moyens de support sur le substrat. Dans ce dispositif de détection, des plots d'appui supplémentaires 9 sont disposés aux deux coins de chaque détecteur élémentaire, qui sont opposés aux points d'ancrage classiques où sont disposés les plots d'appui 5. Les plots d'appui supplémentaires 9 sont, de préférence, communs à 4 détecteurs élémentaires adjacents. Pour cela, un plot d'appui supplémentaire 9 est disposé à l'extrémité d'un bras supplémentaire 10, disposé dans le prolongement d'un bras 4, le long d'un côté du détecteur élémentaire correspondant, et fait saillie vers l'extérieur du détecteur élémentaire, dans le plan de la membrane. Ainsi, pour chaque détecteur élémentaire, deux plots d'appui 5 constituent, comme précédemment, les points d'ancrage de la membrane 2 sur le substrat de support, assurant ainsi les fonctions de maintien mécanique et de connexion électrique de la membrane par l'intermédiaire des bras 4. De plus, les plots d'appui supplémentaires 9 constituent des points d'ancrage supplémentaires, assurant des fonctions de soutien mécanique par l'intermédiaire des bras d'isolation thermique supplémentaires 10. Cette structure assure une bonne tenue mécanique avec des bras d'isolation thermique de section réduite. Cependant, la présence de 4 bras d'isolation thermique (4, 10) pour chaque détecteur élémentaire rend plus difficile l'obtention de l'objectif d'une résistance thermique élevée. As illustrated in FIG. 5, another known solution to prevent tilting is to increase the number of anchoring points of the support means on the substrate. In this detection device, additional support pads 9 are arranged at the two corners of each elementary detector, which are opposed to the conventional anchoring points where the support pads 5 are arranged. The additional support pads 9 are preferably, common to 4 adjacent elementary detectors. For this, an additional support pad 9 is disposed at the end of an additional arm 10, arranged in the extension of an arm 4, along one side of the corresponding elementary detector, and projects towards the outside the elementary detector, in the plane of the membrane. Thus, for each elementary detector, two support pads 5 constitute, as previously, the anchoring points of the membrane 2 on the support substrate, thereby ensuring the functions of mechanical holding and electrical connection of the membrane by the 4. In addition, the additional support pads 9 constitute additional anchoring points, providing mechanical support functions via the additional thermal insulation arms 10. This structure ensures a good mechanical strength with thermal insulation arms of reduced section. However, the presence of 4 heat insulating arms (4, 10) for each elementary detector makes it more difficult to obtain the objective of a high thermal resistance.

Par ailleurs, dans tous les dispositifs connus, l'espace disponible pour réaliser l'isolation thermique devient insuffisant lorsque le pas de la matrice de détection est réduit. Moreover, in all the known devices, the space available for effecting the thermal insulation becomes insufficient when the pitch of the detection matrix is reduced.

Objet de l'invention L'invention a pour but l'amélioration de l'isolation thermique de la membrane d'un détecteur thermique par rapport au substrat de support et à l'environnement dans un dispositif de détection thermique de rayonnement électromagnétique. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to improve the thermal insulation of the membrane of a thermal detector with respect to the support substrate and to the environment in a device for the thermal detection of electromagnetic radiation.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'une extrémité d'appui sur le support d'au moins un élément de maintien de chaque détecteur élémentaire est disposée au-dessous de la membrane d'un détecteur élémentaire, par exemple adjacent. According to the invention, this object is achieved by the fact that a bearing end on the support of at least one holding element of each elementary detector is disposed below the membrane of an elementary detector, for example adjacent.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

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: Les figures 1 et 2 représentent un mode particulier de réalisation d'un détecteur thermique de rayonnement électromagnétique selon l'art antérieur, respectivement en vue de dessus et en perspective. Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIGS. 1 and 2 show a particular embodiment embodiment of a thermal detector of electromagnetic radiation according to the prior art, respectively in top view and in perspective.

Les figures 3 à 5 représentent divers modes de réalisation d'un dispositif de détection thermique de rayonnement électromagnétique selon l'art antérieur. Figures 3 to 5 show various embodiments of a device for thermal detection of electromagnetic radiation according to the prior art.

La figure 6 illustre, en vue de dessus, un mode particulier de réalisation d'un assemblage de 3 détecteurs élémentaires d'un dispositif selon l'invention. FIG. 6 illustrates, in plan view, a particular embodiment of an assembly of 3 elementary detectors of a device according to the invention.

Les figures 7 et 8 représentent, en coupe selon A-A, deux variantes de réalisation de l'assemblage selon la figure 6. FIGS. 7 and 8 show, in section along A-A, two embodiments of the assembly according to FIG. 6.

Description de modes particuliers de réalisation Description of particular embodiments

La figure 6 illustre un assemblage de 3 détecteurs élémentaires adjacents la, 1 b et 1c, comportant respectivement des membranes 2a, 2b et 2c. Cet assemblage fait, de préférence, partie d'un dispositif de détection thermique comportant une matrice de détecteurs élémentaires formés sur un support commun (non représenté sur la figure 6). Les 3 détecteurs élémentaires représentés sur la figure 6 sont alignés, les détecteurs élémentaires la et 1c étant disposés de part et d'autre du détecteur élémentaire 1 b. FIG. 6 illustrates an assembly of 3 adjacent elementary detectors 1a, 1b and 1c respectively comprising membranes 2a, 2b and 2c. This assembly is preferably part of a thermal detection device comprising a matrix of elementary detectors formed on a common support (not shown in Figure 6). The 3 elementary detectors shown in FIG. 6 are aligned, the elementary detectors 1a and 1c being disposed on either side of the elementary detector 1b.

Chaque détecteur élémentaire comporte au moins un élément de maintien, par exemple un bras d'isolation thermique 11, de préférence sensiblement linéaire, ayant au moins une extrémité, constituant une extrémité d'appui sur le support, disposée au-dessous d'un détecteur élémentaire adjacent. Dans le mode particulier de réalisation de la figure 6, chaque bras d'isolation thermique 11 fait saillie de part et d'autre de la membrane correspondante et ses deux extrémités sont respectivement disposées audessous des membranes des détecteurs élémentaires adjacents disposés de part et d'autre du détecteur élémentaire correspondant. Each elementary detector comprises at least one holding element, for example a heat insulating arm 11, preferably substantially linear, having at least one end, constituting a bearing end on the support, arranged beneath a detector adjacent elementary. In the particular embodiment of FIG. 6, each heat-insulating arm 11 protrudes on either side of the corresponding membrane and its two ends are respectively disposed below the membranes of the adjacent elementary detectors arranged on both sides. other of the corresponding elementary detector.

Une telle structure, à maintien déporté des membranes, permet d'obtenir une isolation thermique très élevée. En effet, cela permet, plus particulièrement lorsque les éléments d'isolation thermique sont essentiellement constitués par des bras ou poutres linéaires, d'augmenter leur longueur, tout en réduisant leur section et en assurant un maintien mécanique suffisant de la membrane. Such a structure, with remote holding of the membranes, makes it possible to obtain a very high thermal insulation. Indeed, this allows, more particularly when the thermal insulation elements consist essentially of linear arms or beams, to increase their length, while reducing their section and ensuring sufficient mechanical support of the membrane.

Sur la figure 6, le détecteur élémentaire central 1 b comporte deux bras d'isolation thermique 11 b et 11'b, sensiblement linéaires et parallèles. Le bras d'isolation 11 b a deux extrémités respectivement associées à des premier et second plots d'appui B1 et B2, respectivement disposés sous les membranes adjacentes 2a et 2c. De même, le bras d'isolation 11'b a deux extrémités respectivement associées à des troisième et quatrième plots d'appui B3 et B4, respectivement disposés sous les membranes adjacentes 2a et 2c. In FIG. 6, the central elementary detector 1b comprises two heat-insulating arms 11b and 11'b that are substantially linear and parallel. The isolation arm 11b has two ends respectively associated with first and second bearing pads B1 and B2, respectively arranged under the adjacent membranes 2a and 2c. Similarly, the isolation arm 11'b has two ends respectively associated with third and fourth bearing pads B3 and B4 respectively disposed under the adjacent membranes 2a and 2c.

De manière analogue, le détecteur élémentaire la comporte deux bras d'isolation thermique 11 a et 11'a sensiblement linéaires et parallèles aux bras du détecteur élémentaire lb. Les extrémités du bras 11 a sont respectivement associées à des cinquième et sixième plots d'appui B5 et B6, respectivement disposés sous une membrane (non représentée) disposée du côté de la membrane 2a qui est opposé à la membrane 2b et sous la membrane 2b. De même, les extrémités du bras 11'a sont respectivement associées à des septième et huitième plots d'appui B7 et B8, respectivement disposés sous la même membrane (non représentée) que le plot B5 et sous la membrane 2b. Similarly, the elementary detector la comprises two heat insulating arms 11a and 11a which are substantially linear and parallel to the arms of the elementary detector 1b. The ends of the arm 11a are respectively associated with fifth and sixth bearing pads B5 and B6, respectively arranged under a membrane (not shown) disposed on the side of the membrane 2a which is opposite the membrane 2b and under the membrane 2b . Similarly, the ends of the arm 11'a are respectively associated with seventh and eighth support pads B7 and B8 respectively disposed under the same membrane (not shown) as the pad B5 and under the membrane 2b.

Dans le mode de réalisation préférentiel représenté à la figure 6, le bras 11c du détecteur élémentaire 1c est aligné avec le bras 11a du détecteur élémentaire la et les bras 11 a et 1 1c sont disposés entre les bras 1l b et 11'b. Les bras 11 a et 1 1c ont, de préférence, en commun le plot d'appui B6. De même, le bras 11'c du détecteur élémentaire 1c est aligné avec le bras 11'a du détecteur élémentaire la et les bras 11'a et 11'c ont, de préférence, en commun le plot d'appui B8. Les autres extrémités des bras 1 1c et 11'c sont respectivement associées à des neuvième plot B9 et dixième plot B10, tous deux disposés sous une membrane (non représentée) disposée du côté de la membrane 2c qui est opposé à la membrane 2b. Le bras 11'b est alors disposé entre les bras 11 a et 1 1c et les bras 11'a et 11'c. In the preferred embodiment shown in FIG. 6, the arm 11c of the elementary detector 1c is aligned with the arm 11a of the elementary detector 1a and the arms 11a and 11c are arranged between the arms 11b and 11b. The arms 11a and 11c preferably have the support pad B6 in common. Similarly, the arm 11'c of the elementary detector 1c is aligned with the arm 11'a of the elementary detector 1a and the arms 11'a and 11'c preferably have the support pad B8 in common. The other ends of the arms 1 1c and 11'c are respectively associated with ninth pad B9 and tenth pad B10, both arranged under a membrane (not shown) disposed on the side of the membrane 2c which is opposite the membrane 2b. The arm 11'b is then disposed between the arms 11a and 11c and the arms 11'a and 11'c.

Chaque détecteur élémentaire (la, lb, 1c) comporte ainsi des premier et second bras (11 a, 11'a; 11 b, 11'b; 11 c, 11'c) sensiblement parallèles, disposés de part et d'autre d'un plot (B3; B6; B4) d'appui sur le support d'un élément de maintien d'au moins un détecteur élémentaire adjacent (1 b; la ou 1 c; lb). Each elementary detector (1a, 1b, 1c) thus comprises substantially parallel first and second arms (11a, 11a, 11b, 11b, 11c, 11c), arranged on either side of a support pad (B3; B6; B4) on the support of a holding element for at least one adjacent elementary detector (1b, 1c or 1c; 1b).

Chaque bras d'isolation thermique 11 comporte une zone centrale de liaison avec la membrane 2 du détecteur élémentaire 1 correspondant, qu'il supporte. L'emplacement de la liaison entre un bras d'isolation thermique 11 et la membrane correspondante est représenté schématiquement par un cercle sur la figure 6. Ainsi, les bras 11 b et 11'b sont respectivement connectés à la membrane 2b aux points d'appui Cl et C2, tandis que les bras 11a et 11'a sont respectivement connectés à la membrane 2a aux points d'appui C3 et C4 et les bras 1 1c et 11'c à la membrane 2c aux points d'appui C5 et C6. Each heat insulating arm 11 comprises a central zone of connection with the membrane 2 of the corresponding elementary detector 1, which it supports. The location of the connection between a heat insulating arm 11 and the corresponding membrane is schematically represented by a circle in FIG. 6. Thus, the arms 11b and 11'b are respectively connected to the membrane 2b at the points support Cl and C2, while the arms 11a and 11'a are respectively connected to the membrane 2a at the support points C3 and C4 and the arms 1 1c and 11'c to the membrane 2c at the support points C5 and C6 .

Le plot B5, le point d'appui C3, le plot B6, le point d'appui C5 et le plot B9 sont ainsi alignés le long des bras 11 a et 1 1c. De même, le plot B7, le point d'appui C4, le plot B8, le point d'appui C6 et le plot B10 sont ainsi alignés le long des bras 11'a et 11'c. The stud B5, the fulcrum C3, the stud B6, the fulcrum C5 and the stud B9 are thus aligned along the arms 11a and 11c. Similarly, the stud B7, the fulcrum C4, the stud B8, the fulcrum C6 and the stud B10 are thus aligned along the arms 11'a and 11'c.

Les plots B1à B4 et B6 sont disposés en quinconce, le plot B6 étant situé sensiblement au centre d'un rectangle délimité par les plots Blà B4. De même, les points d'appui C2 à C6 sont disposés en quinconce, le point d'appui C2 étant situé sensiblement au centre d'un rectangle délimité par les points d'appui C3 à C6. D'autres configurations peuvent être envisagées. The pads B1 to B4 and B6 are staggered, the pad B6 being located substantially in the center of a rectangle delimited by the pads B1 B4. Similarly, the bearing points C2 to C6 are staggered, the bearing point C2 being located substantially in the center of a rectangle delimited by the bearing points C3 to C6. Other configurations can be envisaged.

Comme représenté à la figure 6, sous chaque membrane, les plots communs aux détecteurs élémentaires adjacents sont sensiblement alignés, sur un axe S perpendiculaire aux bras 11, avec les points d'appui de la membrane considérée, les plots et les points d'appui étant disposés en alternance sur cet axe. Ainsi, sous la membrane 2b, le point d'appui Cl, le plot B6, le point d'appui C2 et le plot B8 sont disposés successivement le long d'un axe Sb. Sous la membrane 2a, le plot B1, le point d'appui C3, le plot B3 et le point d'appui C4, sont disposés successivement le long d'un axe Sa et sous la membrane 2c, le plot B2, le point d'appui C5, le plot B4 et le point d'appui C6, sont disposés successivement le long d'un axe Sc. As shown in FIG. 6, under each membrane, the pads common to the adjacent elementary detectors are substantially aligned, on an axis S perpendicular to the arms 11, with the bearing points of the membrane considered, the pads and the support points. being arranged alternately on this axis. Thus, under the membrane 2b, the bearing point C1, the pad B6, the bearing point C2 and the pad B8 are arranged successively along an axis Sb. Under the membrane 2a, the stud B1, the bearing point C3, the stud B3 and the fulcrum C4, are successively arranged along an axis Sa and under the membrane 2c, the pad B2, the point d support C5, the pad B4 and the fulcrum C6, are arranged successively along an axis Sc.

Les membranes 2a, 2b et 2c ont, de préférence la forme de carrés, de 10 à 100 m, par exemple de 251.tm, de côté. Elles sont assemblées de manière quasi-jointive à un niveau supérieur du dispositif, au-dessus du plan du support. Les bras 11 des éléments de maintien des membranes sont, pour l'essentiel, disposés à un niveau intermédiaire entre le support et les membranes. Ils ont chacun une longueur nettement supérieure à la longueur d'un côté de la membrane, tout en conservant une forme sensiblement linéaire, sans repliement. Ceci permet d'améliorer l'isolation thermique des membranes tout en assurant une tenue mécanique suffisante, même si la section des bras 11 est réduite. The membranes 2a, 2b and 2c preferably have the form of squares, 10 to 100 m, for example 251 .mu.m, on the side. They are assembled in a manner almost contiguous to a higher level of the device, above the plane of the support. The arms 11 of the membrane holding elements are, for the most part, arranged at an intermediate level between the support and the membranes. They each have a length significantly greater than the length of one side of the membrane, while maintaining a substantially linear shape, without folding. This makes it possible to improve the thermal insulation of the membranes while ensuring a sufficient mechanical strength, even if the section of the arms 11 is reduced.

Une matrice de détecteurs élémentaires ayant la structure décrite cidessus permet un remplissage optimal de la surface disponible au niveau supérieur par les membranes sensibles. Ceci permet donc de maximiser la surface consacrée à la détection du rayonnement électromagnétique, par exemple infrarouge, et, en conséquence, les performances globales de la rétine. A matrix of elementary detectors having the structure described above allows an optimal filling of the available surface at the upper level by the sensitive membranes. This therefore maximizes the area devoted to the detection of electromagnetic radiation, for example infrared, and, consequently, the overall performance of the retina.

Dans la variante de réalisation représentée en coupe selon A-A à la figure 7, le support comporte un substrat 12, de préférence plan, par exemple en silicium, avec un circuit intégré 13 constituant un circuit de lecture. Ce circuit intégré 13 est destiné à polariser le détecteur et à traiter les signaux électriques de sortie du détecteur, auquel il est connecté électriquement par l'intermédiaire de deux plots métalliques 14 constituant des bornes de connexion du détecteur avec le circuit intégré de lecture. In the alternative embodiment shown in section along A-A in FIG. 7, the support comprises a substrate 12, which is preferably planar, for example made of silicon, with an integrated circuit 13 constituting a reading circuit. This integrated circuit 13 is intended to bias the detector and to process the electrical output signals of the detector, to which it is electrically connected via two metal pads 14 constituting connection terminals of the detector with the integrated reading circuit.

Une couche 15 de passivation, destinée à assurer la protection du circuit intégré 13, est, de préférence, déposée sur le circuit intégré 13 muni des plots métalliques 14, de manière à recouvrir la face avant du circuit intégré, à l'exception de la zone centrale des plots métalliques 14. La couche de passivation 15 ayant une épaisseur sensiblement uniforme, comporte ainsi, entre deux plots d'appui, par exemple B1 et B2, une partie centrale, munie de deux rebords latéraux 15' recouvrant partiellement les plots métalliques 14. A passivation layer 15, intended to protect the integrated circuit 13, is preferably deposited on the integrated circuit 13 provided with the metal pads 14, so as to cover the front face of the integrated circuit, with the exception of the central zone of the metal pads 14. The passivation layer 15 having a substantially uniform thickness, thus comprises, between two support pads, for example B1 and B2, a central portion, provided with two lateral flanges 15 'partially covering the metal studs 14.

La zone 6, jouant le rôle de thermomètre, de chaque membrane 2a, 2b et 2c, sensible au rayonnement incident est, de préférence, constituée par une couche en un matériau ayant une résistivité qui varie en fonction de la température, par exemple en silicium amorphe. Comme représenté sur la figure 7, chaque membrane comporte classiquement, sur sa face inférieure plane, des éléments 16, électriquement conducteurs. Les éléments 16, par exemple, réalisés en nitrure de titane, assurent simultanément les fonctions d'électrodes et d'absorbeur de rayonnement électromagnétique. Zone 6, playing the role of thermometer, of each membrane 2a, 2b and 2c, sensitive to incident radiation is preferably constituted by a layer of a material having a resistivity that varies as a function of temperature, for example silicon amorphous. As shown in FIG. 7, each membrane conventionally comprises electrically conductive elements 16 on its plane lower face. The elements 16, for example, made of titanium nitride, simultaneously provide the functions of electrodes and electromagnetic radiation absorber.

À titre d'exemple, le bras 11 b d'isolation thermique de l'un des éléments de maintien de la membrane 2b en suspension au-dessus du support (12, 13), et les plots d'appui B1 et B2 correspondants sont représentés plus en détail sur la figure 7. Le bras 11 b comporte une première couche 17, thermiquement isolante et, de préférence électriquement isolante, constituant la structure de base du bras 11 b. La couche 17 est recouverte partiellement par une couche électriquement conductrice 18, destinée à assurer la connexion électrique entre au moins un élément conducteur 16 de la membrane 2b et au moins l'un des plots métalliques 14, par l'intermédiaire du plot d'appui correspondant. By way of example, the heat-insulating arm 11b of one of the membrane holding members 2b suspended above the support (12, 13), and the corresponding bearing pads B1 and B2 are FIG. 7 shows the arm 11b. The arm 11b comprises a first thermally insulating and preferably electrically insulating first layer 17 constituting the base structure of the arm 11b. The layer 17 is partially covered by an electrically conductive layer 18, intended to provide the electrical connection between at least one conductive element 16 of the membrane 2b and at least one of the metal studs 14, via the support pad. corresponding.

La zone centrale de liaison d'un bras 11 peut être constituée par une déformation du bras. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 7, la première couche 17 du bras 11 b a sensiblement la forme d'un pont ayant une zone centrale, sensiblement plane, surélevée par rapport aux deux parties inférieures constituant les extrémités du bras 11 b. Des parties inclinées, qui convergent en direction de la zone centrale surélevée, relient la zone centrale aux parties inférieures du bras. Cette conformation des bras 11 permet de garantir une bonne tenue mécanique des membranes 2 au-dessus du support. La distance séparant les parties inférieures du bras de sa zone centrale est de l'ordre de quelques centaines à quelques milliers de nanomètres. The central zone of connection of an arm 11 may be constituted by a deformation of the arm. In the embodiment illustrated in FIG. 7, the first layer 17 of the arm 11b has substantially the shape of a bridge having a central zone, substantially flat, elevated with respect to the two lower parts constituting the ends of the arm 11b. Inclined portions that converge towards the raised central area connect the central area to the lower parts of the arm. This conformation of the arms 11 ensures a good mechanical strength of the membranes 2 above the support. The distance between the lower parts of the arm of its central zone is of the order of a few hundred to a few thousand nanometers.

La couche 18 est disposée sur la partie surélevée et s'étend au moins sur une des parties inclinées et sur la partie inférieure correspondante du bras 11 b. Au moins un élément conducteur 16 de la face inférieure de la membrane 2b est directement en contact avec la couche 18 au niveau de la zone surélevée du bras d'isolation thermique 11 b. Le bras 11 b prend appui par ses extrémités respectivement sur les plots d'appui B1 et B2, disposés respectivement au-dessous des membranes 2a et 2b des détecteurs élémentaires adjacents. Il est ainsi possible de maximiser la longueur du bras, tout en offrant la possibilité d'en limiter la section. The layer 18 is disposed on the raised portion and extends at least on one of the inclined portions and on the corresponding lower portion of the arm 11b. At least one conductive member 16 of the lower face of the membrane 2b is directly in contact with the layer 18 at the elevated zone of the heat insulating arm 11b. The arm 11b is supported by its ends respectively on the support pads B1 and B2, respectively disposed below the membranes 2a and 2b adjacent elementary detectors. It is thus possible to maximize the length of the arm, while offering the possibility of limiting the section.

Chaque plot d'appui B est, de préférence, essentiellement constitué par un pilier d'ancrage 19, de quelques micromètres de hauteur, en contact avec le plot métallique 14 correspondant, éventuellement par l'intermédiaire d'une galette 20 de matériau réflecteur, électriquement conducteur. Les galettes 20 sont, de préférence réalisées en même temps, avec le même matériau, qu'un réflecteur 21 formé sur la partie centrale de la couche de passivation 15. Le réflecteur et les galettes 20 sont, par exemple, constitués par un empilement de films minces de titane et d'aluminium. Sur la figure 7, une galette 20 est formée sur la partie centrale d'un plot métallique 14, qui n'est pas recouverte par la couche de passivation. Elle recouvre partiellement le rebord 15' et est isolée électriquement du réflecteur 21. X étant la longueur d'onde du rayonnement auquel le détecteur doit être sensible, le réflecteur 21 est, de préférence, situé à une distance X/4 de la face inférieure des membranes 2. Le réflecteur 21 et les éléments absorbants des membranes se comportent alors comme un filtre interférentiel quart d'onde. Ceci permet de maximiser l'absorption du rayonnement dans une gamme prédéterminée de longueurs d'onde, par exemple dans le domaine de l'infrarouge, c'est-à- dire pour des longueurs d'onde comprises entre 8 et 14 m. Each bearing pad B is preferably essentially constituted by an anchoring pillar 19, a few micrometers in height, in contact with the corresponding metal pad 14, possibly via a wafer 20 of reflective material, electrically conductive. The wafers 20 are preferably made at the same time, with the same material, as a reflector 21 formed on the central part of the passivation layer 15. The reflector and the wafers 20 are, for example, constituted by a stack of thin films of titanium and aluminum. In Figure 7, a wafer 20 is formed on the central portion of a metal pad 14, which is not covered by the passivation layer. It partially covers the flange 15 'and is electrically insulated from the reflector 21. X being the wavelength of the radiation to which the detector is to be sensitive, the reflector 21 is preferably located at a distance X / 4 from the lower face 2. The reflector 21 and the absorbent elements of the membranes then behave as a quarter wave interference filter. This makes it possible to maximize the absorption of the radiation in a predetermined range of wavelengths, for example in the infrared range, that is to say for wavelengths of between 8 and 14 m.

Le courant de mesure du détecteur élémentaire 1 b circule ainsi successivement à travers le plot métallique 14 associé à la borne B1, la galette 20 et le pilier d'ancrage 19 correspondants, la couche conductrice 18 du bras 11 b et, au niveau du point d'appui Cl, un élément conducteur 16 correspondant de la membrane 2b et la zone 6 de la membrane. Dans le mode de réalisation de la figure 7, l'autre extrémité du bras 11 b et le point d'appui B2 n'ont pas de fonction électrique, mais uniquement une fonction de maintien et, pour cette autre extrémité du bras, une fonction d'isolation thermique. The measurement current of the elementary detector 1b thus flows successively through the metal stud 14 associated with the terminal B1, the corresponding slab 20 and the anchoring pillar 19, the conducting layer 18 of the arm 11b and, at the point support C1, a corresponding conductive element 16 of the membrane 2b and the zone 6 of the membrane. In the embodiment of FIG. 7, the other end of the arm 11b and the fulcrum B2 have no electrical function, but only a holding function and, for this other end of the arm, a function thermal insulation.

En sens inverse, de la membrane vers le circuit de lecture, le courant de mesure passe, au niveau du point d'appui C2 (figure 6), d'un autre élément conducteur 16 de la membrane 2b au bras 11'b. Il circule alors successivement à travers la couche conductrice 18 du bras 11'b, le pilier d'ancrage du plot d'appui B3 (ou B4), la galette 20 et le plot métallique 14 correspondants. In the opposite direction, from the diaphragm to the reading circuit, the measurement current passes, at the fulcrum C2 (FIG. 6), from another conductive element 16 of the membrane 2b to the arm 11'b. It then flows successively through the conductive layer 18 of the arm 11'b, the anchor pillar of the bearing pad B3 (or B4), the wafer 20 and the corresponding metal pad 14.

Le mode de réalisation de la figure 8 se distingue du mode de réalisation de la figure 7 par le fait que le bras 11 de l'élément de maintien est sensiblement plan. La zone centrale de liaison de l'élément de maintien est alors constituée par un plot de liaison 22, électriquement conducteur, disposé entre le bras 11 et la membrane 2 correspondante. Sur la figure 8, la couche conductrice 18 du bras 11 b s'étend sur toute la longueur du bras, entre les piliers d'ancrage 19 des plots d'appui B1 et B2. Le plot de liaison 22, sensiblement en forme de U, est en contact avec la couche 18 dans la zone centrale du bras et comporte deux rebords, en saillie vers l'extérieur, en contact avec un élément conducteur 16 de la membrane 2b. Le passage du courant de mesure entre le bras 11 b et la membrane passe ainsi de la couche conductrice 18 du bras à l'élément conducteur 16 de la membrane 2b par l'intermédiaire du plot de liaison 22 et inversement. The embodiment of FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 7 in that the arm 11 of the holding element is substantially plane. The central zone of connection of the holding element is then constituted by a connection pad 22, electrically conductive, disposed between the arm 11 and the corresponding membrane 2. In Figure 8, the conductive layer 18 of the arm 11b extends over the entire length of the arm, between the anchoring pillars 19 of the support pads B1 and B2. The connecting stud 22, substantially U-shaped, is in contact with the layer 18 in the central zone of the arm and has two outwardly projecting flanges in contact with a conductive element 16 of the membrane 2b. The passage of the measurement current between the arm 11b and the membrane thus passes from the conductive layer 18 of the arm to the conductive element 16 of the membrane 2b via the bonding pad 22 and vice versa.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits ci-dessus. En particulier, le maintien de la membrane d'un détecteur élémentaire peut être déporté non seulement sous les détecteurs adjacents mais, plus généralement, sous des détecteurs élémentaires éloignés du détecteur élémentaire considéré. The invention is not limited to the particular embodiments described above. In particular, the maintenance of the membrane of an elementary detector can be deported not only under the adjacent detectors but, more generally, under elementary detectors remote from the elementary detector considered.

Ainsi, dans les dispositifs connus, tous les constituants de chaque détecteur élémentaire sont disposés dans un espace restreint, correspondant aux dimensions de la membrane correspondante. Par contre, selon l'invention, les éléments de maintien de la membrane d'un détecteur sont allongés et vont au-delà de cet espace restreint en s'étendant jusque sous les membranes d'autres détecteurs élémentaires. Thus, in the known devices, all the constituents of each elementary detector are arranged in a restricted space, corresponding to the dimensions of the corresponding membrane. On the other hand, according to the invention, the membrane holding elements of a detector are elongated and go beyond this restricted space, extending as far as the membranes of other elementary detectors.

Claims

claims

1. Device for thermal detection of electromagnetic radiation comprising a plurality of juxtaposed elementary detectors, each elementary detector (1) comprising a membrane (2), sensitive to radiation, kept in suspension on a support (12, 13) via holding elements, which thermally insulate the membrane of the support, characterized in that a bearing end on the support of at least one holding element of each elementary detector (1b) is disposed below the membrane (2a, 2b) of another elementary detector (la, 1c)

2. Device according to claim 1, characterized in that a bearing end on the support of at least one holding element of each elementary detector (Ib) is disposed below the membrane (2a, 2b) an elementary detector (la, 1c) adjacent.

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that each holding element comprises a substantially linear arm (11) and two pads (B) bearing on the support, arranged at opposite ends of said arm below the membranes of two elementary detectors, arranged on either side of said elementary detector.

4. Device according to claim 3, characterized in that each elementary detector (la; lb; 1c) comprises first and second arms (11a, 11'a; 11b, 11'b; 11c, 11'c). substantially parallel, arranged on either side of a support pad (B3; B6; B4) on the support of a holding element of at least one other elementary detector (lb; la; or 1c; lb) .

5. Device according to claim 4, characterized in that the first (11a, 11c) or second (11'a, 11'c) arms holding elements of two elementary detectors (1a, 1c) arranged on each side. others of a first elementary detector (1b) are aligned and have in common a support pad (B6; B8) on the support.

6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that each holding element comprises a central zone of connection with the membrane of the corresponding elementary detector.

7. Device according to claim 6, characterized in that the central connecting zone is formed by a deformation of an arm (11) of the holding member.

8. Device according to claim 6, characterized in that the holding element comprising a substantially planar arm (11), the central zone is constituted by an electrically conductive connection pad (22) arranged between the arm (11). and the corresponding membrane (2).