FR2996837A1 - Composant micro-electromecanique et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

Composant micro-électromécanique comprenant un premier substrat électro-conducteur (10), et un second substrat électroconducteur (20) écarté du premier substrat électro-conducteur (10), une première couche diélectrique (11) sur le côté du premier substrat électroconducteur (10) tourné vers le second substrat électro-conducteur (520), une couche d'accumulation de charges (10) sur la première couche diélectrique (11), et une seconde couche diélectrique (13) sur la couche d'accumulation de charges (12).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un composant micro- électromécanique et à son procédé de fabrication. L'invention s'applique notamment à un composant micro-électromécanique dont la structure comporte une couche d'accumulation de charges. Etat de la technique Les composants micro-électromécaniques appelés de fa- çon abrégée « composants MEMS » sont des composants électromécaniques miniaturisés dans le domaine micromécanique. De tels systèmes s'utilisent à la fois comme des capteurs et des actionneurs. Comme capteurs, les composants MEMS s'appliquent par exemple dans les micros dans lesquels un faible débattement d'une membrane de micro se transforme en un signal électrique. Ces capteurs s'utilisent également de multiples manières pour détecter des vibrations ou des secousses. Ces éléments peuvent également servir de capteur d'accélération, par exemple pour déclencher un coussin gonflable (airbag) d'un véhicule automobile en cas d'accident. En outre, de tels composants MEMS s'utilisent comme des actionneurs. Ils servent par exemple à réaliser des moteurs minia- tures et s'utilisent dans les têtes d'impression d'imprimantes à jet d'encre. La figure 1 est un schéma d'un composant MEMS selon l'état de la technique utilisé par exemple pour un micro à électret. Un tel composant MEMS classique comporte deux électrodes 1 et 4 écar- tées l'une de l'autre. Habituellement l'une des deux électrodes, ici l'électrode supérieure 4 est mobile. L'autre électrode inférieure 1 est en revanche fixe. Sous l'électrode inférieure 1, il y a une couche isolante 2 tournée vers l'électrode supérieure 4. Cette couche isolante 2 comporte une couche d'accumulation de charges 3 du côté tourné vers l'électrode supérieure 4. Lorsque la distance entre l'électrode inférieure 1 et l'électrode supérieure 4 varie, on mesure le passage de charges sous la forme d'un courant à l'aide d'une résistance de mesure. Les matières d'une telle couche d'accumulation de charges 3 sont par exemple des électrets organiques à base de poly- mères. Le document EP 2 400 515 A décrit un fluoropolymère amorphe sous la marque CYTOP. On connaît en outre d'autres électrets à base de polymères. Par exemple on utilise souvent du poly-tétrafluoréthylène PTFE comme électret pour des composants MEMS. Il existe également d'autres propositions avec des élec- trets à base de matières organiques. Le document US 3.946.422 décrit par exemple la structure d'un composant MEMS avec comme électret pour la couche d'accumulation de charges, du dioxyde de silicium Si02 ou du dioxyde de titane Ti02. Dans le cas des électrets classiques, la charges accumu- lée dans la couche d'accumulation de charges diminue avec le temps ce qui risque de détériorer le fonctionnement du composant MEMS, par exemple à des températures élevées ou pour une forte hygrométrie. De plus, la charge accumulée dans les électrodes clas- siques est localement immobile. C'est pourquoi la difficulté est celle d'une répartition très irrégulière dans la couche d'accumulation des charges à la fois en profondeur et dans le plan de la couche des charges accumulées. De plus, l'énergie d'inclusion qu'il faut appliquer pour mobiliser les charges de l'électret est soit très forte et encore bien définie ou une certaine répartition énergétique. Cela peut facilement se tra- duire par une décharge qui détériore la stabilité à long terme et la fiabi- lité du composant MEMS. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un com- posant MEMS ayant une couche d'accumulation de charges stable à long terme et notamment un composant MEMS dont la couche d'accumulation de charges soit très insensible aux fortes températures et aux fortes humidités. L'invention a également pour but de développer un com- posant MEMS ayant une répartition de charges aussi régulière que pos- sible à la fois du point de vue énergétique et du point de vue spatial dans la couche d'accumulation de charges et qui forme une barrière d'énergie d'inclusion, élevée pour les charges dans les couches diélectriques environnantes.35 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un composant micro- électromécanique comprenant un premier substrat électro-conducteur, un second substrat électro-conducteur écarté du premier substrat élec- tro-conducteur, une première couche diélectrique sur le côté du premier substrat électro-conducteur tourné vers le second substrat électroconducteur, une couche d'accumulation de charges sur la première couche diélectrique et une seconde couche diélectrique sur la couche d'accumulation de charges.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- tion d'un composant micro-électromécanique comprenant les étapes suivantes consistant à utiliser un premier substrat électro-conducteur, appliquer une première couche diélectrique sur le premier substrat électro-conducteur, appliquer une couche d'accumulation de charges sur la première couche diélectrique, appliquer une seconde couche dié- lectrique sur la couche d'accumulation de charges, utiliser un second substrat électro-conducteur écarté du premier substrat électroconducteur, appliquer une tension électrique entre le premier substrat électro-conducteur et le second substrat électro-conducteur et charger la couche d'accumulation de charges. Selon l'invention, la couche d'accumulation de charges est entourée complètement par des matières diélectriques électroisolantes. Pour cela, sur les deux côtés, la couche d'accumulation de charges est entourée par les couches diélectriques. La couche d'accumulation de charges est ainsi, non seulement séparée de l'électrode en regard par un intervalle d'air mais en plus elle est protégée par au moins une matière électro-isolante. Un avantage considérable est que les porteurs de charges dans la couche d'accumulation de charges peuvent quitter beaucoup plus difficilement cette couche d'accumulation de charges. Ainsi, la charge accumulée dans cette couche d'accumulation de charges reste beaucoup mieux conservée. En particulier on diminue la sensibilité de la perte de charges vis-à-vis d'un environnement à forte hygrométrie et/ou forte température.
De façon particulièrement avantageuse, la structure selon l'invention permet une inclusion énergétiquement mieux définie des porteurs de charges dans la couche d'accumulation de charges par le choix de couches diélectriques appropriées avec des barrière d'énergie élevées, correspondantes pour les charges. Cela se traduit également de manière avantageuse sur le fonctionnement du composant micro-électromécanique. Selon un développement, la couche d'accumulation de charges est une couche polycristalline. Une couche polycristalline per- met de stocker de manière stable à long terme une quantité importante de porteurs de charges. De plus les porteurs de charges peuvent se déplacer librement dans la couche polycristalline. Cela permet une répartition très régulière des porteurs de charges accumulés dans la couche. Selon un développement, la couche d'accumulation de charges est une couche de nanocristaux intégrés dans un diélectrique. De tels nano-cristaux permettent également une accumulation stable à long terme des porteurs de charges électriques. Selon un autre développement, la seconde couche diélec- trique est munie d'une couche de scellement électro-isolante. Cette couche de scellement protège la structure qui se trouve en dessous, d'une part contre les influences mécaniques et d'autre part cette couche de scellement améliore les propriétés isolantes de la seconde couche diélectrique. Les porteurs de charges accumulés dans la couche d'accumulation de charges sont ainsi protégés en plus.
Selon un autre développement, le second substrat élec- tro-conducteur porte une couche ferroélectrique. Cette couche ferroélectrique protège le second substrat électro-conducteur en plus, vis-à-vis du premier substrat électro-conducteur, avec les couches qui se trouvent au-dessus et améliorent en outre le mouvement relatif des deux couches électro-conductrices les unes des autres, contre les effets en- gendrés. Selon un développement, dans le procédé de fabrication du composant MEMS, l'étape de charges de la couche d'accumulation de charges comporte une étape de déplacement du premier substrat électro-conducteur par rapport au second substrat électro-conducteur.
Ce déplacement (translation) des deux substrats fait que successivement toutes les zones de la structure du premier substrat arrivent en contact avec des zones du second substrat. Ainsi, toutes les zones de la couche d'accumulation de charges pourront être chargées avec des por- teurs de charges. Selon un autre développement, le procédé comprend une étape selon laquelle en liaison avec l'étape de charges de la couche d'accumulation de charges, on dépose une couche de scellement, ce qui évite d'une manière particulièrement fiable, la décharge des porteurs de charges accumulés grâce à cette couche de scellement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un composant micro-électromécanique et de son procédé de fabrication selon l'invention représenté dans les dessins an- nexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un composant MEMS selon l'état de la technique, - la figure 2 est une vue schématique d'une section d'un composant MEMS selon un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une section d'un composant MEMS selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique d'une section d'un composant MEMS selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est un schéma en vue de dessus d'un composant MEMS selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 6 est un schéma d'un procédé de réalisation d'un composant MEMS selon un mode de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Dans la description suivante, on utilisera les termes de « gauche », « droite », « haut », « bas », « avant », « arrière », « au-dessus », « derrière » ou des expressions analogues pour une meilleure compréhension des dessins sans que ces expressions ne limitent la généralité de la description. De telles expressions distinguent de façon générale des composants de même type ou de mêmes effets. Les représentations des figures sont en partie des vues en perspective d'éléments qui pour des raisons de clarté, ne sont pas nécessairement figurés à l'échelle. Les composants de la description et des figures et des éléments peuvent également varier dans le cadre de considération technique et être adapté aux différentes applications.
Les composants MEMS selon la présente invention sont des composants miniatures dont les dimensions électriques et le mouvement mécanique entre deux éléments électro-conducteurs sont couplés. Comme composants MEMS, il y a d'une part des capteurs, c'est-à-dire des composants dont un élément mécanique est déplacé et qui fournit un signal électrique correspondant à ce mouvement. Par exemple un tel capteur détecte le mouvement relatif entre deux éléments électro-conducteurs dans une, dans deux ou dans trois directions de l'espace et génère une grandeur électrique en fonction de ce mouvement sous la forme d'une tension ou d'une intensité ou d'une quantité d'énergie fournie. Par exemple le mouvement est le débatte- ment d'une membrane de micro. A côté de l'application à des micros, les composants MEMS peuvent également s'utiliser comme capteurs d'accélération, de secousses, de vibrations ou autres. En outre, les composants MEMS selon la présente inven- tion sont également des actionneurs. Dans de tels actionneurs, en fonc- tion de la grandeur électrique appliquée, on obtient un mouvement mécanique. Il peut s'agir par exemple d'actionneurs d'entraînement miniaturisés ou de moyens analogues. Les composants micro-électromécaniques selon la pré- sente invention ont habituellement une dimension de l'ordre de 20 à 000 microns. La structure décrite de la présente invention n'est toutefois pas nécessairement limitée à des composants correspondant à un tel ordre de grandeur. De plus, la structure selon l'invention peut également s'appliquer à des systèmes électromécaniques dont les dimen- 30 sions diffèrent vers le haut ou vers le bas des valeurs usuelles citées ci- dessus. La figure 2 est une représentation schématique d'une section d'un composant MEMS. Dans la partie inférieure, on a une première électrode en un premier substrat 10 électro-conducteur. Habi- tuellement, ce premier substrat électro-conducteur 10 est relié solidai- rement à l'environnement. En principe, il est également possible de coupler ce premier substrat 10 de manière mobile à un boîtier pour que le substrat 10 puisse être déplacé dans une ou plusieurs directions de l'espace.
Dans la région supérieure de la figure 2, on a une se- conde électrode en un substrat électro-conducteur 20. Ce second substrat 20 est habituellement couplé de manière mobile aux éléments environnants de sorte que le substrat 20 peut être déplacé dans une ou plusieurs directions de l'espace. Dans la mesure où le premier substrat 10 est déjà couplé de manière mobile à l'environnement, le second substrat 20 peut toutefois être également relié de manière solidaire à l'environnement. En principe, au moins l'un des deux substrats 10, 20 doit être mobile. Au-dessus du premier substrat 10 dans la direction du second substrat 20, on a une première couche 11 en une matière dié- lectrique. Il s'agit par exemple pour cette couche diélectrique 11 d'une mince couche de dioxyde de silicium Si02. On peut également envisager d'autres matières diélectriques. L'épaisseur de la couche diélectrique est habituellement de 50 nanomètres et plus. D'une manière particulière- ment avantageuse, on a par exemple des épaisseurs de couches de l'ordre de 100 nanomètres. Au-dessus de cette couche diélectrique 11 électro- isolante on a en outre en direction du second substrat 20, une couche 12 en une matière d'accumulation de charges. Cette couche d'accumulation de charges 12 peut être très mince. On peut envisager des épaisseurs de couche d'environ 10 nanomètres. La couche d'accumulation de charges 12 se compose de préférence d'une matière dont les supports de charges aux surfaces limites vers les couches voisines doivent vaincre une barrière de potentiel élevé. De telles barrières de potentiel résultent des différences entre les énergies de sortie des couches voisines et du milieu 12 d'accumulation de charges. De telles variations brusques, élevées, de potentiel entre les couches voisines garantissent une excellente accumulation de por- teurs de charges dans la couche d'accumulation de charges 12. Par un choix approprié des matières, on peut atteindre des barrières de potentiel du niveau de quelques électronvolts eV. On peut par exemple réaliser une telle couche d'accumulation de charges 12 avec un film polycristallin mince. Le sili- cium polycristallin convient parfaitement pour réaliser un tel film poly- cristallin mince. Dans ce film polycristallin mince, les porteurs de charges peuvent se déplacer librement et se répartir dans la couche d'accumulation de charges 12. Ainsi, on a un champ électrique homogène dans l'ensemble du composant MEMS.
En variante du film polycristallin, cette couche d'accumulation de charges 12 peut également être formé d'une couche de nano-cristaux. Les nanocristaux sont de préférence intégrés dans un diélectrique par exemple Si02. De cette manière, on obtient une couche d'accumulation de charges 12 avec une barrière de potentiel élevée vis- à-vis des couches diélectriques adjacentes. En particulier, les nano- cristaux de silicium conviennent particulièrement bien comme nanocristaux. A la fois, une couche d'accumulation de charges 12 en un film polycristallin et aussi un diélectrique avec des nanocristaux d'accumulation de charges permettent une accumulation stable à long terme d'un grand nombre de porteurs de charges. Au-dessus de la couche d'accumulation de charges 12, en outre dans la direction du second substrat 20 on a une seconde couche diélectrique 13 électro-isolante. La couche d'accumulation de charges 12 est ainsi entourée complètement par les couches diélec- triques électro-isolantes 11 et 13 ; la première couche diélectrique 11 est plus épaisse que la seconde couche diélectrique 13 pour éviter que les porteurs de charges ne passent dans le premier substrat 10 par un effet de tunnel. Cette seconde couche isolante 13 est par exemple en Si02.
En outre, entre la structure décrite et le second substrat 20 on a un volume d'air 30. Comme au moins l'un des deux substrats 10, 20 est mobile, cette intervalle d'air 30 permet au premier et au second substrat 10, 20 de se déplacer l'un par rapport à l'autre. Pour intégrer les porteurs de charges dans la couche d'accumulation de charges 12, on met le second substrat électro- conducteur 20 en contact avec la seconde couche diélectrique 13. Ensuite, entre le premier substrat 10 et le second substrat 20 on applique une tension de niveau tel que les porteurs de charges puissent passer la barrière de potentiel entre la couche d'accumulation de charges 12 et les couches voisines 11, 13 et qu'ils puissent être injectés à travers le diélectrique dans la couche d'accumulation de charges 12. Si ensuite on supprime de nouveau la tension, les por- teurs de charges restent dans la couche d'accumulation de charges 12. Du fait de la forte barrière de potentiel entre la couche d'accumulation de charges 12 et les couches diélectriques adjacentes 11, 13, on obtient une accumulation de charges avec une bonne stabilité à long terme et une faible sensibilité vis-à-vis des hautes températures et des hydrométries élevées. Les caractéristiques d'accumulation de charges de la couche 12 peuvent encore être améliorées en ce qu'après l'intégration des porteurs de charges 12 on réalise un scellement supplémentaire. Comme le montre la figure 3, pour cela, après la charge de la couche d'accumulation de charges 12 on applique sur la seconde couche diélectrique 13 et le cas échéant également sur le second substrat 20, une couche de scellement supplémentaire 14, 24. Ces couches de scelle- ment sont constituées par une autre couche diélectrique mince par exemple en alumine A1203 ou en silice 5i02. La probabilité de l'effet tunnel à travers la couche diélectrique diminue avec l'épaisseur. Cette couche de scellement supplémentaire diminue ainsi considérablement la probabilité de l'effet tunnel pour les charges qui quitteraient la couche d'accumulation de charges 12. Pour éviter une décharge de la couche d'accumulation de charges 12 pendant le revêtement avec la couche de scellement, on applique les couches de scellement 14, 24 de préférence à basses températures, en-dessous de 300°C, par exemple par un procédé de dépôt d'une couche atomique ALD. La faible tempé- rature de dépôt est un élément essentiel pour éviter l'échappement des charges injectées préalablement dans la couche d'accumulation de charges 12. On peut en outre améliorer le fonctionnement du compo- sant MEMS en appliquant sur le substrat supérieur 20 en direction du substrat inférieur 10, une autre couche ferroélectrique 21 en une matière ferroélectrique ou en une matière à fortes constantes diélectriques. Cette couche ferroélectrique 21 appliquée sur le substrat supérieur 20 améliore l'efficacité ce qui permet par exemple d'augmenter l'énergie électrique ou le courant en fonction du mouvement relatif entre les deux substrats 10, 20. Si le substrat 20 est muni de telles autres couches 21, la couche de scellement 24 décrit ci-dessus peut être appliquée sur une telle couche ferroélectrique supplémentaire 21.
La figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'invention. Pour augmenter l'efficacité du composant MEMS le premier et le second substrat 10a, 20a sont en forme de peigne. Par comparaison d'une réalisation planaire des substrats 10a, 20a on a ainsi une augmentation de la capacité efficace. De plus, cette réalisation des substrats permet également de détecter un mouvement dans plus d'une direction dans l'espace. En particulier, si toutes les structures des substrats 10a, 20a ne sont pas parallèles, on pourra exploiter le mouvement relatif dans les trois directions de l'espace. La figure 5 est une vue de dessus schématique d'un com- posant MEMS ayant la structure décrite ci-dessus des substrats. Par un alignement différent, des éléments de substrat 20a, 20b, on peut ainsi saisir les mouvements dans toutes les trois directions de l'espace et les exploiter différemment. Dans ce cas également, pour introduire les porteurs de charges, dans la couche d'accumulation de porteurs de charges 12, il faut mettre le substrat supérieur 20a en contact avec la seconde couche diélectrique 13 et appliquer une tension élevée appropriée. Si alors la couche d'accumulation de charges 12 utilise un film polycristallin, il suffit de réaliser le contact entre le substrat 20a et la couche diélec- trique 13 en au moins un endroit. Les porteurs de charges intégrés dans la couche 12 peuvent ensuite être répartis régulièrement de façon autonome dans toute la couche 12 de porteurs de charges. Si en revanche la couche d'accumulation de charges 12 est une couche de nanocristaux distincte, il faut intégrer les charges séparément dans chaque nanocristal car les différents nanocristaux sont reliés suivant une matrice de porteurs diélectriques et ainsi il n'est pas possible d'échanger les porteurs de charges entre les différents nanocristaux. Pour cela il faut un contact complet entre le substrat 20a, 20b et la seconde couche diélectrique 13. Dans le cas de la struc- ture en forme de peigne du substrat 20a représenté à la figure 4 il n'est toutefois pas possible, par un simple abaissement du substrat, de réaliser un contact complet avec la seconde couche diélectrique 13. Bien plus dans ce cas, le substrat supérieur 20a, 20b doit également être dé- vié dans les deux autres directions de l'espace, c'est-à-dire suivant le système de coordonnées 50 dans la direction x et dans la direction y. Cela permet de mettre en contact successivement toute la surface supérieure de la seconde couche diélectrique 13 avec le second substrat 20a, 20b et ainsi de charger chaque nano-cristal de la couche d'accumulation de charges 12 avec les porteurs de charges. Pour permettre ce débattement dans la direction x et dans la direction y comme représenté à la figure 5, il faut munir l'électrode mobile en plus d'un dispositif de débattement 41 approprié. Par exemple il peut s'agir d'électrodes en forme de peigne qui après ap- plication d'une tension appropriée, subissent un débattement corres- pondant. La figure 6 est un schéma d'un procédé de réalisation d'un composant MEMS selon l'invention. A la première étape 100 on réalise un premier substrat électro-conducteur 10. Dans une seconde étape 200 on dépose une première couche diélectrique 11 sur le support électro-conducteur 10. Ensuite, dans une autre étape 300, on applique une couche d'accumulation de charges 12 sur la première couche diélectrique 11. Ensuite, dans une autre étape 400, on applique une seconde couche diélectrique 13 sur la couche d'accumulation de charges 12. Dans une autre étape 500, on réalise un second substrat électro- conducteur 20. Dans une étape 600 on applique à celui-ci une tension électrique entre le premier substrat électro-conducteur 10 et le second substrat électro-conducteur 20 et dans l'étape 700 on charge la couche d'accumulation de charges 12.
Dans le cas de la structure de substrat en forme de peigne décrite ci-dessus, l'étape 700 comprend la charge de la couche d'accumulation de charges 12 notamment également le débattement le cas échéant nécessaire, du second substrat électro-conducteur 20 dans les directions nécessaires de l'espace. Cela permet de charger complè- tement tous les éléments d'accumulation de charges dans la couche d'accumulation de charges 12. En option, le procédé peut également comporter une étape supplémentaire d'application d'une couche ferroélectrique 21 sur le second substrat électro-conducteur 20. De même, en option, le procédé comporte une autre étape d'application d'une couche de scellement 14, 24. Cette couche de scellement est appliquée finalement pour améliorer la stabilité à long terme de la couche d'accumulation de charges 12 sur la surface supérieure libre de la seconde couche diélectrique 13 et le cas échéant sur la sur- face du second substrat électro-conducteur 20 ou sur la couche ferroélectrique 21. En résumé, la présente invention décrit un composant MEMS et son procédé de fabrication ayant une meilleure stabilité à long terme de la couche d'accumulation de charges. Pour cela, on entoure la couche d'accumulation de charges complètement par des couches diélectriques pour qu'entre la couche d'accumulation de charges et les couches diélectriques, il existe une forte barrière de potentiel. En fonctionnement normal, il n'est pas possible de vaincre cette barrière de po- tentiel élevée ce qui garantit la conservation des porteurs de charges accumulés sur une période à long terme.30 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Premier substrat 10a Premier substrat 11 Première couche de matière diélectrique 12 Couche de matière d'accumulation de charges 13 Seconde couche diélectrique électro-isolante 14 Couche de scellement 20 Second substrat 20a Second substrat 20b Elément de substrat 21 Couche ferroélectrique 24 Couche de scellement 30 Volume d'air 41 Dispositif de débattement 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 Etapes du procédé de fabrication d'un composant MEMS

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1°) Composant micro-électromécanique comprenant : - un premier substrat électro-conducteur (10), - un second substrat électro-conducteur (20) écarté du premier subs- trat électro-conducteur (10), - une première couche diélectrique (11) sur le côté du premier substrat électro-conducteur (10) tourné vers le second substrat électroconducteur (20), - une couche d'accumulation de charges (12) sur la première couche diélectrique (11) ? et - une seconde couche diélectrique (13) sur la couche d'accumulation de charges (12).
  2. 2°) Composant micro-électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'accumulation de charges (12) est une couche polycristalline.
  3. 3°) Composant micro-électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'accumulation de charges (12) est une couche de nano- cristalliteS intégrée dans un diélectrique.
  4. 4°) Composant micro-électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend en outre une première couche de scellement électro- isolante (14) sur la seconde couche diélectrique (13).
  5. 5°) Composant micro-électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend en outre une couche ferroélectrique (21) sur le côté du se- cond substrat électro-conducteur (20) tourné vers le premier substrat électro-conducteur (10).
  6. 6°) Composant micro-électromécanique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde couche de scellement électro-isolante (24) sur la couche ferroélectrique (21).
  7. 7°) Procédé de réalisation d'un composant micro-électromécanique comprenant les étapes suivantes consistant à: - utiliser (100) un premier substrat électro-conducteur (10), - appliquer (200) une première couche diélectrique (11) sur le premier substrat électro-conducteur (10), - appliquer (300) une couche d'accumulation de charges (12) sur la première couche diélectrique (11), - appliquer (400) une seconde couche diélectrique (13) sur la couche d'accumulation de charges (12), - utiliser (500) un second substrat électro-conducteur (20) écarté du premier substrat électro-conducteur (10), - appliquer (600) une tension électrique entre le premier substrat élec- tro-conducteur (10) et le second substrat électro-conducteur (20), et - charger (700) la couche d'accumulation de charges (12).
  8. 8°) Procédé de réalisation d'un composant micro-électromécanique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape (700) de charges de la couche d'accumulation de charges (12) comprend une étape de décalage du premier substrat électro-conducteur (10) par rapport au second substrat électro-conducteur (20).
  9. 9°) Procédé de réalisation d'un composant micro-électromécanique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu' après l'étape (700) de charges de la couche d'accumulation de charges (12) on dépose une couche de scellement (14, 24).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2093876A1 (fr) * 2007-06-22 2009-08-26 Korea Advanced Institute of Science and Technology Actionneur electrostatique
US20100052469A1 (en) * 2006-10-30 2010-03-04 Yohko Naruse Electrostatic acting device
FR2968135A1 (fr) * 2010-11-29 2012-06-01 Commissariat Energie Atomique Dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4861126A (fr) 1971-12-02 1973-08-27
JPH05207760A (ja) * 1992-01-27 1993-08-13 Ricoh Co Ltd 静電力アクチュエータ
US5914507A (en) * 1994-05-11 1999-06-22 Regents Of The University Of Minnesota PZT microdevice
US6424165B1 (en) * 2000-09-20 2002-07-23 Sandia Corporation Electrostatic apparatus for measurement of microfracture strength
JP5374984B2 (ja) * 2008-09-12 2013-12-25 豊田合成株式会社 誘電アクチュエータ
JP5533852B2 (ja) 2009-02-20 2014-06-25 旭硝子株式会社 エレクトレットの製造方法及び静電誘導型変換素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100052469A1 (en) * 2006-10-30 2010-03-04 Yohko Naruse Electrostatic acting device
EP2093876A1 (fr) * 2007-06-22 2009-08-26 Korea Advanced Institute of Science and Technology Actionneur electrostatique
FR2968135A1 (fr) * 2010-11-29 2012-06-01 Commissariat Energie Atomique Dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique

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