FR3061290A1 - Detecteur pyroelectrique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un détecteur pyroélectrique comprenant au moins : - une couche de matériau comprenant un matériau présentant ou destiné à présenter des propriétés pyroélectrique, - un premier jeu (J1) d'électrodes (110a, 210b, 110c) interdigitées, - au moins un deuxième jeu (Ji, J2) d'électrodes interdigitées de manière à ce qu'une partie au moins de la couche de matériau pyroélectrique (40) entre les premier et deuxième jeux (J1, Ji, J2), au moins certaines des électrodes du premier jeu (J1) étant alignées verticalement avec respectivement une électrode de l'au moins un deuxième jeu (Ji, J2), le détecteur étant configuré de manière à ce que : - deux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J1, Ji, J2) forment ensemble un couple (210a/110b, 110b/210c, 110a/210b...), et - deux électrodes adjacentes, alignées selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux jeux (J1, Ji, J2) différents forment ensemble un autre couple (210a/110a, 110b/210b...), - en fonctionnement la différence de potentiel entre les électrodes d'un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement : ○ en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et ○ en passant d'un jeu à un autre jeu qui lui est superposé.
Description
@ Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.
® Mandataire(s) : CABINET HAUTIER.
FR 3 061 290 - A1 ® DETECTEUR PYROELECTRIQUE.
@) La présente invention concerne un détecteur pyroélectrique comprenant au moins:
- une couche de matériau comprenant un matériau présentant ou destiné à présenter des propriétés pyroélectrique,
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- deux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J 1, Ji, J2) forment ensemble un couple (210a/110b, 110b/ 210c, 110a/210b...), et
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O en parcourant un même jeu (J 1, Ji, J2) et
O en passant d'un jeu à un autre jeu qui lui est superpo-
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des détecteurs pyroélectriques. Elle trouve pour application avantageuse la détection d’un rayonnement infrarouge par exemple pour mesurer ou détecter une température ou un flux thermique. Dans ce cadre, l’invention peut par exemple former une matrice de pixels d’une caméra infra-rouge ou d’un détecteur de flux infra-rouge.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Un détecteur pyroélectrique comprend habituellement un matériau pyroélectrique ainsi qu’une électrode inférieure et une électrode supérieure enserrant le matériau pyroélectrique.
Lorsqu’un rayonnement infrarouge (IR) arrive sur le détecteur pyroélectrique, ce rayonnement, composé plus particulièrement d’un champ électrique TE transverse et d’un champ magnétique TM transverse, est absorbé dans l’électrode supérieure. Cette dernière s’échauffe par effet joule et propage par conduction cette chaleur dans la portion de matériau pyroélectrique qui avoisine cette électrode supérieure. L’échauffement dans la couche pyroélectrique génère des charges électriques qui sont collectées par les électrodes, générant de ce fait un signal électrique qui est ensuite lu par un circuit électronique dédié.
II s’avère que ce type de détecteur est relativement peu sensible. II existe ainsi un besoin général consistant à améliorer la sensibilité de ce type de détecteur.
Par ailleurs, il s’avère que ce type de détecteur présente une fréquence de coupure généralement faible, donc un temps de réponse élevé.
Un autre type de détecteur pyroélectrique a été proposé dans le brevet publié sous le numéro US 6,049,080. Dans ce document, le capteur comprend un jeu d’électrodes supérieures interdigitées surmontant une couche pyroélectrique.
Cette solution permet au matériau pyroélectrique d’absorber en son sein une partie du rayonnement pour générer des charges.
Néanmoins, cette solution n’offre pas non plus une sensibilité suffisamment satisfaisante et il serait avantageux de proposer une solution permettant d’améliorer encore plus la sensibilité des détecteurs pyroélectriques.
Par ailleurs, de nombreuses solutions visent à améliorer les performances pyroélectriques en optimisant la cristallisation de la couche destinée à former le matériau pyroélectrique.
Les solutions connues à ce jour s’avèrent en pratique relativement complexes à mettre en œuvre et n’offrent pas non plus des performances suffisamment satisfaisantes en termes de sensibilité et de temps de réponse notamment.
Un objectif de la présente invention est donc de proposer une solution pour améliorer les performances des détecteurs pyroélectrique.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. II est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention prévoit un détecteur pyroélectrique comprenant au moins :
- une couche, par exemple de polymère, comprenant un matériau présentant ou destiné à présenter des propriétés pyroélectriques. Ainsi ladite couche est destinée à former une couche de matériau pyroélectrique ;
- un premier jeu (J1) d’électrodes interdigitées, contenues dans une surface supérieure (Hxy), situées sur ladite couche et configurées pour absorber au moins en partie un rayonnement à détecter.
Le détecteur comprend également au moins un deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes interdigitées contenu dans au moins une surface inférieure (Bxy) parallèle à la surface supérieure (Hxy).
De préférence, le détecteur est configuré de manière à ce qu’une partie au moins de ladite couche soit située entre les surfaces supérieure (Hxy) et inférieure (Bxy).
De préférence, au moins certaines des électrodes (et de préférence toutes les électrodes) du premier jeu (J1) sont respectivement au droit d’une électrode de l’au moins un deuxième jeu (Ji, J2) selon une direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) au niveau des électrodes considérées situées au droit l’une de l’autre.
Avantageusement, le détecteur est configuré de manière à ce que :
- deux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J1, Ji, J2) forment ensemble un couple, et
- deux électrodes adjacentes, au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux jeux (J1, Ji, J2) différents forment ensemble un autre couple,
Avantageusement, en fonctionnement, lorsqu’un rayonnement est reçu par le capteur, la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement :
- en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et
- en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).
Ainsi, une électrode donnée définit au moins :
un premier couple avec une première électrode adjacente appartenant à la même surface que l’électrode donnée (la première électrode adjacente étant typiquement une électrode coplanaire à l’électrode donnée si les jeux d’électrodes sont plans), un deuxième couple avec une deuxième électrode adjacente appartenant à la même surface que l’électrode donnée (la deuxième électrode adjacente étant typiquement une électrode coplanaire à l’électrode donnée si les jeux d’électrodes sont plans), au moins un troisième couple avec une troisième électrode appartenant à une autre surface, l’électrode donnée et la troisième électrode étant au droit l’une de l’autre selon la direction z.
Lors de l’étape de polarisation pour orienter les dipôles du matériau pyroélectrique (étape habituellement désignée « poling » en anglais) et ainsi conférer à ce matériau ses propriétés pyroélectriques, il est alors possible de former dans ce matériau :
des dipôles horizontaux (ou plus généralement parallèles auxdites surfaces contenant les électrodes) entre deux électrodes adjacentes et appartenant à une même surface ;
des dipôles verticaux (ou plus généralement orientés selon l’axe z) entre deux électrodes situées au droit l’une de l’autre selon la direction z et appartenant à deux surfaces superposées.
Avec cette structure d’électrodes interdigitées sur au moins deux niveaux, l’invention permet de former des dipôles horizontaux sur toute l’épaisseur du volume de matériau pyroélectrique non masqué par les électrodes. Tout au moins les dipôles horizontaux peuvent être formés en profondeur dans le matériau pyroélectrique grâce aux électrodes situées sous la couche pyroélectrique.
Lorsqu’un rayonnement parvient sur le matériau pyroélectrique non masqué par les électrodes, cette densité de dipôles horizontaux permet de mieux absorber le rayonnement, notamment les champs transverse électrique TE et transverse magnétique TM des ondes, ces deux champs TE et TM étant orthogonaux à la direction de propagation de l’onde électromagnétique (ces deux champs étant donc parallèles à l’orientation des dipôles horizontaux).
Ainsi, les ondes qui parviennent entre les électrodes échauffent directement le matériau pyroélectrique, permettant de ce fait d’absorber efficacement les champs TE et TM des ondes. L’invention permet ainsi d’augmenter significativement l’absorption du détecteur.
Le rayonnement absorbé dans le matériau pyroélectrique provoque la vibration des dipôles. Cette vibration génère des charges électriques que collectent les électrodes, produisant de ce fait un courant qui peut être lu.
Les ondes qui parviennent sur les électrodes sont absorbées par ces dernières ce qui les échauffent. C’est en particulier le champ TE qui, par effet Joule, échauffe les électrodes. La chaleur est propagée dans le matériau pyroélectrique sous-jacent ce qui provoque la vibration des dipôles situés sous les électrodes et qui sont orientés principalement verticalement. Les charges électriques générées par ces vibrations sont récupérées par les électrodes.
Ainsi, le détecteur permet d’absorber efficacement le rayonnement électromagnétique, ceci sur toute la surface du détecteur, c’est-à-dire sur les zones masquées par les électrodes et sur les zones non masquées.
L’absorption du rayonnement dans la structure est significativement améliorée. L’intensité du signal obtenu est donc augmentée et la sensibilité de la détection est améliorée.
Dans le document US 6,049,080, il n’est pas possible d’avoir des dipôles orientés horizontalement, sauf éventuellement sur une épaisseur très faible en surface de la couche pyroélectrique. L’absorption du rayonnement en dehors des électrodes est donc très faible. Au global sur le détecteur, le champ TM est non absorbé ou peu absorbé par les électrodes et le champ TE n’est absorbé qu’au droit des électrodes. Très peu d’absorption a lieu au droit des zones non masquées par les électrodes.
L’absorption et la sensibilité du détecteur selon le document US 6,049,080 sont donc limitées.
Par ailleurs, il s’est avéré que l’épaisseur de la couche pyroélectrique est nécessairement importante (typiquement λ/η.4) alors qu’une faible partie de cette épaisseur contribue à générer des charges et un courant électrique. Or le matériau pyroélectrique est isolant thermiquement ce qui induit une capacité thermique élevée. La fréquence de coupure d’un tel détecteur est donc faible.
A contrario, le détecteur de la présente invention exploite tout le volume de matériau pyroélectrique puisque des dipôles peuvent être formés sur toute son épaisseur notamment en dehors des cavités optiques situées sous les électrodes. Son absorption est donc augmentée. Il est par ailleurs possible, selon un mode de réalisation particulier, de réduire l’épaisseur et donc le volume de matériau pyroélectrique situé en dehors des cavités situées sous les électrodes (donc le volume de matériau pyroélectrique situé dans les zones non masquées par les électrodes). Cela permet de réduire considérablement la capacité thermique du détecteur, améliorant de ce fait sa fréquence de coupure et donc sa rapidité.
Par ailleurs, avec cette structure interdigitée sur au moins deux niveaux, la structure selon l’invention présente une capacitance électrique améliorée par rapport à la structure du document US 6,049,080 mentionnée en section relative à l’art antérieur puisqu’elle permet de définir des capacitances verticales (direction z) et horizontales (plans Hxy et Bxy) permettant ainsi d’augmenter le signal obtenu.
L’invention permet ainsi d’améliorer significativement les performances d’un détecteur pyroélectrique, notamment en termes de sensibilité.
Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif microélectronique comprenant une pluralité de capteurs pyroélectrique selon l’invention.
Par dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif réalisé avec des moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment, en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS...) ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS...). Le dispositif micro-électronique comprend en outre un dispositif de génération d’un signal fonction de l’intensité recueillie aux bornes des électrodes.
Selon un mode de réalisation, chaque détecteur pyroélectrique forme en partie au moins un pixel. La pluralité de pixels forme une matrice. Le dispositif microélectronique comprenant en outre un dispositif de génération d’un signal fonction d’une intensité recueillie par chaque pixel.
Selon un mode de réalisation, l’invention porte sur une caméra infrarouge ou capteur de température ou capteur de flux thermique comprenant un dispositif selon la revendication précédente.
Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de réalisation d’un détecteur pyroélectrique comprenant les étapes suivantes :
Former sur une couche isolante électriquement le jeu (Ji, J2) d’électrodes interdigitées contenu dans l’au moins une surface inférieure (Bxy) ;
Déposer la couche de polymère ;
Former sur la couche de polymère le jeu (J1) d’électrodes interdigitées contenu dans la surface supérieure (Hxy), de manière à ce que :
o les électrodes de l’un des jeux (J1) soient respectivement au droit d’une électrode d’un autre un jeu (Ji, J2) selon une direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy);
o deux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J1, Ji, J2) forment ensemble un couple, et o deux électrodes adjacentes, au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux jeux (J1, Ji, J2) différents forment ensemble un autre couple.
Selon un mode de réalisation optionnel, le procédé comprend au moins les étapes suivantes :
- appliquer une tension aux électrodes de manière à ce que la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement :
o en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et o en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) ;
Avantageusement, la tension appliquée étant suffisante pour conférer à la couche de polymère des propriétés pyroélectriques.
Selon un mode de réalisation optionnel, la tension appliquée est suffisante pour former dans la couche de polymère des dipôles orientés parallèlement aux surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) et des dipôles orientés perpendiculairement aux surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).
Ainsi, l’invention permet d’absorber efficacement le rayonnement dans les zones non masquées par les électrodes.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
- La FIGURE 1a est une vue en perspective d’un exemple de deux jeux (J1, J2) d’électrodes interdigitées appartenant à deux plans différents (Hxy, Bxy). Pour des raisons de clarté, sur cette figure, seuls les jeux d’électrodes sont représentés, le matériau pyroélectrique n’est pas représenté.
- La FIGURE 1b est une vue selon la coupe A-A, d’un détecteur dont les jeux d’électrodes correspondent à ceux de la figure 1a. Sur cette figure 1b, le matériau pyroélectrique est représenté.
- La FIGURE 1c est un agrandissement de la zone « B » de la figure 1b, afin de faire apparaître de manière schématique la disposition et l’orientation des dipôles dans la couche de matériau pyroélectrique.
- Les FIGURES 2a et 2b illustrent une vue du dessus (xy) et une vue en coupe (zx) de la structure illustrée en figure 1a. Sur ces figures, seules les électrodes sont représentées pour faciliter la compréhension.
- La FIGURE 3 est un mode de réalisation alternatif à celui illustré en figure 1b.
- Les FIGURES 4a à 4i illustrent, en coupe et en vue du dessus des étapes d’un exemple de procédé de réalisation selon l’invention d’un capteur proche de celui illustré en figure 2.
- La FIGURE 5 est un schéma représentant en vue du dessus (xy) un jeu d’électrodes interdigitées selon un mode de réalisation alternatif à celui des figures 1a et 2a.
- La FIGURE 6a est un mode de réalisation alternatif à celui illustré en figure 1a. Dans ce mode de réalisation alternatif, les électrodes interdigitées sont réparties sur trois plans parallèles, définissant ainsi trois jeux (J1, Ji, J2) alignés d’électrodes interdigitées.
- La FIGURE 6b est une vue en coupe (yz) de la figure 6a. Sur cette figure la couche pyroélectrique est représentée.
- La FIGURE 7 est une vue en coupe d’un autre mode de réalisation sur lesquels les deux jeux d’électrodes (J1, J2) interdigitées sont disposées sur deux surfaces parallèles, chacune des surfaces étant courbe.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les épaisseurs relatives de la couche de matériau pyroélectrique et des différentes couches formant les électrodes ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un mode de réalisation, les surfaces supérieure (Hxy) et inférieure (Bxy) sont planes et définissent respectivement un plan supérieur (Hxy) et un plan inférieur (Bxy).
Alternativement, les surfaces supérieure et inférieure ne sont pas planes. Elles sont courbes.
Selon un mode de réalisation, le détecteur est configuré pour que le rayonnement incident pénètre dans le matériau pyroélectrique depuis le plan supérieur Hxy.
Selon un mode de réalisation, le matériau de ladite couche présentant ou destinée à présenter des propriétés pyroélectriques sépare les électrodes du deuxième jeu.
Selon un mode de réalisation, le matériau présentant ou destinée à présenter des propriétés pyroélectriques est en partie situé entre les électrodes du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes, donc entre deux électrodes adjacentes.
Selon un mode de réalisation, les électrodes d’au moins l’un parmi les jeux d’électrodes sont directement au contact de la couche de matériau pyroélectrique.
De préférence le premier jeu est sur la couche de matériau pyroélectrique.
Selon un mode de réalisation le deuxième jeu est sous la couche de matériau pyroélectrique. Selon un autre mode de réalisation le deuxième jeu est noyé dans la couche de matériau pyroélectrique. C’est en particulier le cas lorsque le détecteur comprend plus de deux jeux superposés d’électrodes, un jeu intermédiaire étant disposés entre les jeux supérieur et inférieur.
Selon un mode de réalisation, le détecteur est configuré pour ou est destiné à détecter un rayonnement compris dans une gamme données de longueurs d’ondes, par exemple la gamme 8-14 pm.
Lorsqu’un rayonnement compris dans cette gamme parvient sur une face du détecteur en regard du premier jeu, la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et alterne en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).
Selon un mode de réalisation, les électrodes au moins du premier jeu (J1) d’électrodes sont formées en un matériau absorbant au moins 50% et de préférence au moins 70% dudit rayonnement.
Selon un mode de réalisation, les électrodes du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes sont formées en un matériau réfléchissant au moins 50% et de préférence au moins 70% dudit rayonnement.
Selon un mode de réalisation, les électrodes du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes sont formées en métal et présentent une épaisseur supérieure ou égale à 50 nm et de préférence supérieure ou égale à 100 nm (10'9 mètres).
Selon un mode de réalisation, le matériau de ladite couche est pris parmi l’un au moins des matériaux suivants : P(VDF-TrFe), BaTiO3, PZT, AIN, ZnO, P(VDFTrFe), P(VDF-TrFe-CFE), P(VDF-TrFe-CTFE).
Selon un mode de réalisation, le détecteur est configuré pour détecter un rayonnement infrarouge, de préférence dans la gamme 8-14 pm, et présente les dimensions suivantes :
La largeur wd des électrodes est comprise entre 0.5 et 50pm et de préférence entre 1 et 20pm ; la largeur étant prise dans la surface (xy) contenant l’électrode considérée et selon une direction transverse (y) à la direction (x) selon laquelle l’électrode considérée s’étend principalement,
Les électrodes d’un même jeu sont réparties de manière périodique selon un pas p compris entre 1 et 80pm et de préférence entre 2 et 40pm.
Selon un mode de réalisation, le nombre d’électrodes par jeu (J1, Ji, J3) est supérieur à 3 et est de préférence supérieur à 6 et est de préférence comprise entre 3 et 200, de préférence entre 3 et 100.
Selon un mode de réalisation, le détecteur est configuré pour détecter un rayonnement infrarouge, de préférence dans la gamme 8-14 pm, le matériau de ladite couche situé entre deux électrodes au droit l’une de l’autre et appartenant à deux jeux différents (J1, Ji, J3) présentant une épaisseur comprise entre 0.2 et 4pm et de préférence entre 0.5 et 2pm.
Cela permet de former entre deux électrodes alignées des cavités optiques dont la hauteur est environ égale à (λ/4η) avec λ étant la longueur d’onde du rayonnement à détecter (typiquement 8 à 14 pm) et n étant l’indice de réfraction de la couche de matériau polymère.
Selon un mode de réalisation, les électrodes superposées situées au droit l’une de l’autre sont alignées. Selon un autre mode de réalisation les électrodes superposées situées au droit l’une de l’autre ne sont pas alignées. Leurs axes médians sont décalés.
Selon un mode de réalisation, ladite couche présente des creux entre les électrodes du premier jeu (J1).
Cela permet de réduire la quantité de matériau pyroélectrique. La capacité thermique est ainsi réduite. Cette caractéristique permet d’augmenter la fréquence de coupure du détecteur.
Par ailleurs, ces creux permettent de favoriser la relaxation du matériau pyroélectrique après l’étape de poling, facilitant de ce fait la vibration des dipôles et donc la génération de charges électriques lorsqu’un rayonnement est reçu. Ces creux permettent ainsi d’améliorer la sensibilité du détecteur.
Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de ladite couche située entre deux électrodes situées au droit l’une de l’autre selon la direction z étant k fois supérieure à l’épaisseur de ladite couche au niveau d’un creux au droit des électrodes selon la direction z, avec k>1.1 et de préférence k>1.4.
Selon un mode de réalisation, ladite couche s’étend d’une électrode à une autre électrode formant un couple d’électrodes situées au droit l’une de l’autre selon la direction z.
Ainsi entre deux électrodes situées au droit l’une de l’autre selon la direction z l’épaisseur du matériau pyroélectrique est identique à la distance entre ces deux électrodes.
Cela contribue à augmenter la densité de dipôles dans une zone active. L’intensité du signal capté en est améliorée.
Selon un mode de réalisation, chaque électrode forme un doigt s’étendant dans une direction principale.
Selon un mode de réalisation, la direction principale (x) est contenue dans la surface (xy) contenant le jeu d’électrodes à laquelle appartient l’électrode considérée.
Selon un mode de réalisation, chaque électrode présente une pluralité d’extensions qui s’étendent chacune dans une direction transversale (y) à ladite direction principale.
Cela permet d’améliorer l’absorption par les électrodes.
Selon un mode de réalisation, le détecteur comporte un circuit d’alimentation configuré pour appliquer aux électrodes une tension continue.
Selon un autre mode de réalisation, le détecteur comporte un circuit d’alimentation configuré pour appliquer aux électrodes une tension alternative. Cela présente pour avantage de polariser (faire le poling) de la structure en tournant les dipôles suivant le signal alternatif du champ électrique appliqué pour activer le matériau pyroélectrique (c’est-à-dire le rendre pyroélectrique) sans détériorer ce matériau, contrairement à une polarisation en direct (poling DC) où ça peut faire claquer (détériorer) cette couche de matériau pyroélectrique.
Selon un mode de réalisation, le matériau pyroélectrique présente des propriétés pyroélectriques dans un plan parallèle auxdits plans supérieur Hxy et inférieur Bxy. Selon un mode de réalisation, le matériau pyroélectrique présente des propriétés pyroélectriques dans un plan perpendiculaire auxdits plans supérieur Hxy et inférieur Bxy.
Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré de manière à ce que : deux électrodes adjacentes appartenant à la même surface parmi les surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) forment ensemble un couple dans ce plan et deux électrodes adjacentes, situées au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux surfaces différentes parmi les première et deuxième surfaces (Hxy, Bxy) forment ensemble un autre couple, la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement en parcourant la première ou la deuxième surface (Bxy, Hxy) et en en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).
Dans le cadre de la présente invention, on qualifie de matériau absorbant un matériau absorbant au moins 50% et de préférence au moins 70% et de préférence au moins 80% et de préférence au moins 90% d’un rayonnement incident donné.
Dans le cadre de la présente invention, on qualifie de matériau réfléchissant un matériau réfléchissant au moins 50% et de préférence au moins 70% et de préférence au moins 80% et de préférence au moins 90% d’un rayonnement incident donné.
Dans le cadre de la présente invention, on qualifie de résine un matériau organique ou organo-minéral pouvant être mis en forme par une exposition à un faisceau d’électrons, de photons ou de rayons X ou mécaniquement.
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le report, le collage, l’assemblage, l’application ou le dépôt d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre, mais signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.
Dans le cadre de la présente invention, deux éléments tels que des électrodes sont considérées comme au droit l’un de l’autre si l’un masque en partie au moins l’autre selon au moins une direction. Ainsi une première électrode est au droit d’une deuxième électrode selon une direction donnée si elle est située au moins en partie en regard de cette deuxième électrode selon la direction donnée. Un alignement n’implique pas un masquage ou un recouvrement intégral. De même deux électrodes peuvent être situées au droit l’une de l’autre sans que leurs médianes soient alignées. Ainsi deux électrodes peuvent être situées au droit l’une de l’autre, tout en ayant leurs axes médians décalés.
L’épaisseur est prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales du substrat sur lequel repose la couche pyroélectrique.
Sur les figures, l’épaisseur est prise selon l’axe z.
De même lorsqu’on indique qu’un élément est situé au droit d’un autre élément, cela signifie que ces deux éléments sont situés tous deux sur une même ligne perpendiculaire au plan principal dans lequel s’étend le substrat, soit sur une même ligne orientée verticalement (axe z) sur les figures.
Un premier exemple de détecteur selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1a à 2b.
La figure 1a ne laisse apparaître que les jeux d’électrodes, ceci afin de faciliter la compréhension de cette structure. Comme illustré, les électrodes forment deux jeux J1, J2 d’électrodes interdigitées.
Jeu d’électrodes J1
Un premier jeu J1 comprend les électrodes 210a, 110b, 210c et 110d. Ces électrodes sont contenues dans une première surface qui est plane dans cet exemple non limitatif. Ce plan supérieur est noté Hxy. Il est référencé en figure 1a. Il s’étend parallèlement au plan (xy) du repère (xyz) référencé sur les figures.
Les électrodes forment chacune une extension, qualifiée de « doigt » dont une extrémité est libre c’est-à-dire qu’elle n’est pas connectée, l’autre extrémité servant à la connexion électrique de l’électrode. Sur la figure 1a, les électrodes du jeu J1 sont régulièrement espacées les unes des autres, selon la direction (y). Cet espacement dans le plan (xy) est référencé ed en figure 1b.
Les électrodes d’un même jeu sont interdigitées. Cela signifie que :
- en projection sur le plan (zx), deux électrodes consécutives se recouvrent, au moins partiellement. Les électrodes du jeu J1 se recouvrent totalement en projection sur le plan (zx) comme cela apparaît clairement en figure 2a.
- deux électrodes adjacentes dans ce plan (Hxy) présentent une différence de potentiel non nulle. Les électrodes adjacentes ne sont pas connectées électriquement. Elles forment ensemble un premier couple. Par exemple, les électrodes 210a et 110b sont connectées à des potentiels différents et forment ensemble un couple. Les électrodes 110b et 210c forment un deuxième couple. Les électrodes 210c et 110d forment un troisième couple.
Avantageusement, deux électrodes séparées par une même électrode sont au même potentiel. Elles sont connectées ensemble électriquement. Dans cet exemple :
- les électrodes 210a et 210c sont connectées ensemble par la branche de connexion 201 et l’extrémité de contact 220. Elles sont au même potentiel, sur cet exemple V-.
- les électrodes 110b et 110d sont connectées ensemble par la branche de connexion 101 et l’extrémité de contact 120. Elles sont au même potentiel, sur cet exemple V+. Comme on le décrira par la suite les branches de connexion 101, 201 ne sont pas dans le plan du jeu J1.
Les électrodes connectées électriquement et leur branche de connexion forment ensemble un peigne, chaque dent du peigne étant formée par l’une des électrodes.
Un même jeu J1 est ainsi formé de deux peignes (201, 210a, 210c et 101, 110b, 110d) dont les dents sont entremêlées sans se toucher. Le nombre d’électrodes par peigne est avantageusement compris entre 1 et 100.
Jeu d’électrodes J2
Le détecteur comprend un deuxième jeu J2, comportant les électrodes 110a, 210b, 110c et 210d. Ces électrodes sont contenues dans une deuxième surface parallèle à la première surface. Cette deuxième surface forme dans cet exemple un plan inférieur, noté Bxy et référencé en figure 1a, qui est situé sous le plan supérieur (Hxy) et qui est également parallèle au plan (xy).
Les électrodes du jeu J2 présentent les mêmes caractéristiques que celles du plan J1. En particulier, deux électrodes adjacentes dans le plan J2 forment ensemble un couple. La différence de potentiel de ces deux électrodes est non nulle. La différence du potentiel de deux couples disposés consécutivement dans le plan (xy) étant alternée, comme présenté en figure 1c.
Ainsi, les électrodes forment deux jeux d’électrodes interdigitées J1 et J2 ces jeux étant parallèles.
Au moins certaines et de préférence toutes les électrodes du jeu J1 (Hxy) sont chacune située du droit d’une électrode du jeu J2, selon une direction transversale, perpendiculaire aux surfaces (Hxy) et (Bxy) dans lesquels ces jeux J1 et J2 sont contenues. Cette direction transversale correspond dans cet exemple à la direction (z)
Deux électrodes au droit l’une de l’autre transversalement sont espacées d’une distance e, prise selon l’axe z et référencée en figures 1b et 2b.
Comme cela apparaît en figure 1b, une partie de la couche 40 est présente entre les électrodes 110a, 210b, 110c, 210d. Ainsi du matériau pyroélectrique sépare deux électrodes adjacentes du jeu J2.
Sur cet exemple de la figure 1b, les deux jeux superposés d’électrodes sont alignés. Les axes médians de chacune des électrodes (selon la direction x) sont alignés. Par ailleurs, sur cet exemple non limitatif les électrodes du premier jeu recouvrent complètement les électrodes du deuxième jeu.
Paramètres des jeux J1 et J2
La largeur d’une électrode, prise dans la direction (y) est référencée wd en figure 2b. De préférence toutes les électrodes d’un même jeu ont la même largeur. Le pas selon lequel les électrodes sont périodiquement disposées, est noté p. Si les électrodes n’ont pas toute la même largeur, alors ce pas p est mesuré entre les médianes de deux électrodes adjacentes, la médiane s’étendant selon la direction (x).
La distance entre les parois externes des deux branches de connexion 101 et 201 est référencée Lp sur les figures 1a, 2a et 2b. Cette distance Lp correspond à la longueur du pixel comprenant le jeu J1. La longueur totale de la branche de connexion 101, 201 est référencée Wp sur la figure 2a. Wp correspond à la largeur maximale du pixel comprenant le jeu J1.
Les dimensions maximales du pixel dans le plan xy sont donc Lp et Wp. Dans l’exemple illustré de manière schématique pour faciliter la compréhension Wp est supérieure à Lp. Dans la pratique, on pourra avoir Lp supérieure à Wp.
La distance dans le plan (xy), entre l’extrémité libre d’une électrode du jeu J2 et la branche de connexion des électrodes présentant un potentiel différent est référencée eb en figures 1a , 2a et 2b. La distance entre la paroi interne des deux branches de connexion 101 et 201 est référencée Li sur la figure 2a. Ainsi, Li est égale à la longueur d’une électrode, plus précisément la portion d’électrode s’étendant depuis sa branche de connexion 101, additionnée de eb. De préférence eb sera le plus faible possible afin d’avoir une surface de couverture maximale des électrodes du jeu J2. En revanche l’extrémité libre des électrodes du jeu J2 sont nécessairement à distance de la branche de connexion opposée (donc eb est nécessairement différent de 0) afin d’éviter une connexion électriques entre électrode destinée à présenter une différence de potentiel.
Concernant le jeu supérieur J1, la longueur des électrodes 210a, 110b, 210c et 110d de ce jeu J1 est de préférence sensiblement identique à Lp. Comme illustré sur les figures 1a, 2a et 2b, l’extrémité libre de ces électrodes 210a, 110b, 210c et 110d est située au droit de la branche de connexion connectant les électrodes de polarité inverse. Ainsi les extrémités libres des électrodes 210a et 210c viennent au droit de la branche de connexion 101 et de préférence au droit de la paroi externe de cette branche de connexion 101. De même l’extrémité libre de chacune des électrodes 110b et 110d vient au droit de la branche de connexion 201.
Cela présente pour intérêt que les électrodes 210a, 110b, 210c et 110d du jeu supérieur J1 présentent une surface de recouvrement maximale avec les électrodes 110a, 210b, 110c et 21 Od du jeu sous-jacent J2 dans cet exemple.
Deux électrodes au droit l’une de l’autre ou alignées selon cette direction transversale (z) forment ensemble un couple d’électrodes. Le capteur est configuré de manière à ce que la différence de potentiel de ces deux électrodes soit non nulle. Par ailleurs, deux couples adjacents selon le plan (xy) présentent une différence de potentiel alternée, comme cela apparaît en figure 1c.
Deux électrodes par exemple 110a et 110c séparées par une même électrode 210b sont au même potentiel (V+) et de préférence sont connectées électriquement, ici par la branche 101. Le jeu J2 est ainsi formé de deux peignes dont les dents sont chacune une électrode.
De préférence les électrodes inférieures et supérieures connectées électriquement partagent la même branche de connexion 101, 201. Typiquement pour cela chaque branche de connexion 101, 201 est de préférence contenue dans la surface Bxy du jeu inférieur J2 et des vias de connexion s’étendent perpendiculairement aux surfaces Bxy et Hxy pour connecter électriquement les électrodes supérieures à la branche de connexion 101, 201. En figure 1a, on a référencé le via de connexion 211b qui connecte électriquement la branche de connexion 201 à l’extrémité 212b de l’électrode 210b.
Sur l’exemple illustré, la paire d’électrodes 110a et 210a, la paire d’électrode
210b et 110b, la paire d’électrodes 110c et 210c et la paire d’électrodes 110d et 210d forment chacune un couple.
Ainsi une même électrode, par exemple l’électrode 210b, forme :
- un couple avec l’électrode 110a appartenant au même jeu ;
- un deuxième couple avec l’électrode 110c appartenant au même jeu ;
- un troisième couple avec l’électrode 110b appartenant à un autre jeu d’électrodes interdigitées.
Comme nous allons le décrire plus en détail par la suite, cela permet de définir :
- des capacitances horizontales (couples d’électrodes inférieurs 110a/210b, 210b/110c, 110c/210d pour le jeu inférieur J2, couples d’électrodes supérieurs 210a/110b, 110b/210c, 210c/110d pour le jeu supérieur J1) ;
- des capacitances verticales (couples d’électrodes 110a/210a, 210b/110b, 110c/210c et 110d/210d).
La capacitance électrique de la structure est donc améliorée, ce qui permet d’augmenter significativement l’intensité du signal obtenu pour un rayonnement donné. La sensibilité du détecteur pyroélectrique est ainsi améliorée.
Empilement comprenant les jeux J1 et J2
Les figures 1b et 1c font apparaître un détecteur selon un exemple de réalisation de l’invention. Ce détecteur forme un pixel. Il comprend notamment les couches suivantes, rencontrées successivement en parcourant l’axe (z) ;
Un substrat 10 : le substrat est rigide ou flexible. Il s’étend dans cet exemple principalement dans le plan xy. Il est par exemple fait à base de type PEN (polyéthylène naphtalate), PET (polyéthylène téréphtalate), polyimide (PI), ou autre) ou non (silicium, verre). Il continent ou non un circuit de lecture de l’intensité du courant parcourant les électrodes.
Une couche 20 recouvrant le substrat 10. Cette couche a une faible conductivité thermique. De préférence elle est isolante thermiquement. Elle peut être constituée à base PVDF, du polyimide, du cytop, du parylène. L’épaisseur de cette couche est par exemple comprise entre 1 pm à 10 pm en mesure et préférence 5 pm. Cette couche 20 peut être structurée de manière à présenter une porosité afin de diminuer la conductivité thermique vers le substrat. Cette couche va servir pour isoler thermiquement les pixels comprenant les jeux d’électrodes superposés J1, J2.
- Le jeu inférieur J2 d’électrodes disposé sur la couche 20. De préférence, les électrodes de ce jeu J2 font office de réflecteur pour le rayonnement afin d’éviter que le rayonnement soit en partie absorbé par les couches 10 et 20 ce qui réduirait la sensibilité du détecteur pyroélectrique.
Selon un mode de réalisation privilégié, les électrodes sont réfléchissantes au moins à 50% et de préférence au moins à 70% pour un rayonnement dont la longueur d’onde est comprise entre 8 et 15 pm et de préférence 8 et 14 pm. À cet effet l’épaisseur des électrodes, prise selon l’axe z est de préférence comprise entre 10 nm à 500 nm, préférentiellement 300 nm.
De préférence, ces électrodes présentent une résistance électrique faible. Les électrodes du jeu inférieur J2 sont de préférence formées en aluminium (Al) pour présenter une bonne réflectivité. D’autres matériaux sont possibles, tels que les matériaux suivants : AlCu, AISi, Cu, Ti, Ni, Pt, Au.
La couche destinée à former les électrodes inférieures est de préférence formée par PVD.
Une couche 40 de matériau pyroélectrique surmontant le jeu inférieur J2. Ce matériau est un polymère de préférence un copolymère.
Là où elle est maximale, c’est-à-dire entre deux électrodes situées verticalement au droit l’une de l’autre , l’épaisseur « e » de cette couche est comprise entre 100 nm à 10 pm. Plus généralement, il est nécessaire d’avoir des électrodes adaptées en impédance par rapport à l’impédance du vide (377 ohm) et formant entre les jeux J1, J2 une cavité optique 52 quart d’onde (λ/4η) (λ étant la longueur d’onde du rayonnement à détecter (typiquement 8 à 14 pm) et n étant l’indice de réfraction de la couche 40). Cette cavité optique 52 quart d’onde sert à maximiser l’absorption totale de la structure du pixel pyroélectrique.
Cette couche 40 est de préférence en P(VDF-TrFe). Alternativement, elle est en couche BaTiO3, PZT, AIN, ZnO, P(VDF-TrFe-CFE), P(VDF-TrFe-CTFE).
Le jeu supérieur J1 d’électrodes. Les électrodes de ce jeu J1 sont de préférence absorbantes afin d’absorber le rayonnement incident parvenant sur ces électrodes.
Typiquement, elles sont configurées pour absorber au moins 50% et de préférence au moins 70% du rayonnement, qui selon ce mode de réalisation privilégié est compris dans une gamme de longueur d’ondes de 8 à 14pm. En outre ces électrodes sont configurées pour avoir une sensibilité électrique faible.
Par ailleurs, ces électrodes sont configurées pour être adaptées à l’impédance du vide (377 ohm).
De préférence l’épaisseur des électrodes, prise selon la direction z, est comprise entre 5 et 50nm. Avantageusement, les électrodes du jeu supérieur J1 sont à base de ou constituées de l’un des matériaux suivants : TiN, Ti, NiCr, WN, W ou un autre métal ou alliage.
Disposition et orientation des dipôles dans le matériau pyroélectrique
L’absorption dans le matériau pyroélectrique et la génération d’un courant électrique dans les électrodes sont dues aux vibrations moléculaires de groupements chimiques dans le polymère, ces groupements chimiques formant des dipôles. Ces vibrations sont provoquées par l’absorption directe du rayonnement dans ce matériau pyroélectrique ou par apport de chaleur depuis les électrodes.
Les figures 1c et 2a représentent de manière schématique les dipôles (dva-dvd, dha, dhd) que la présente invention permet de former dans le matériau pour le rendre pyroélectrique.
Lors de la réalisation du détecteur, on effectue une étape de polarisation pour orienter les dipôles (ou étape de poling en anglais), de préférence en courant continu. Un exemple d’une telle étape sera décrit en détail par la suite. Cette étape vise à orienter les dipôles dans le matériau de la couche 40 afin de lui conférer ses propriétés pyroélectriques.
La structuration des électrodes avec des doigts alternés sur deux surfaces superposées permet d’avoir une polarisation, c’est-à-dire une orientation des dipôles, précisément contrôlée dans le volume de la couche 40.
Cette polarisation définit :
- des dipôles verticaux ou plus généralement perpendiculaires aux surfaces dans lesquelles s’étendent les jeux d’électrodes. Ces dipôles sont situés dans les cavités optiques 52 situées entre deux électrodes situées au droit l’une de l’autre et appartenant à deux surfaces superposées. Ces dipôles sont référencés dva, dvb, dvc sur la figure 1c.
- des dipôles horizontaux ou plus généralement parallèles aux surfaces dans lesquelles s’étendent les jeux d’électrodes J1, J2. Ces dipôles sont situés en dehors des cavités optiques 52. Ils sont situés dans les volumes 53 non masqués par les électrodes et situés entre les électrodes. Ces dipôles sont référencés dha, dhb sur la figure 1c. Avantageusement, ces dipôles horizontaux sont formés sur toute l’épaisseur du volume de matériau pyroélectrique. L’absorption du rayonnement, notamment du champ TE, est améliorée ce qui augmente la sensibilité du détecteur.
Par ailleurs, il est possible, selon un mode de réalisation particulier, de réduire l’épaisseur et donc le volume de matériau pyroélectrique situé dans les volumes 53.
Cela permet de réduire considérablement la capacité thermique du détecteur, améliorant de ce fait sa fréquence de coupure. Ces réductions de volume définissent ainsi des creux 51 référencés en figure 1b.
Avec cette disposition, cette orientation et cette densité de dipôles, l’invention permet ainsi d’améliorer significativement les performances d’un détecteur pyroélectrique, notamment en termes de sensibilité.
On notera par ailleurs, que deux dipôles adjacents situés entre deux couples d’électrodes différents sont antiparallèles, c’est-à-dire qu’ils sont parallèles mais orientés en sens inverse.
Ainsi, par exemple dvb est parallèle et orienté en sens inverse de dva et dvc. Par ailleurs, dha est parallèle et orienté en sens inverse de dhb. Cela permet d’améliorer encore la sensibilité de la détection.
Cette nouvelle structure proposée avec des doigts alternés aide ainsi à améliorer très sensiblement l’absorption totale dans la structure en absorbant les deux composantes TE et TM l’onde électromagnétique.
Nous constatons que cette répartition des dipôles en xy et en z permet de maximiser la réponse pyroélectrique et améliore l’absorption en particulier pour les rayonnements infrarouges dans la gamme (8-14pm).
Cette structure présente une capacitance électrique améliorée par rapport à la structure interdigitée mentionnée en section relative à l’art antérieur. En effet les couples d’électrode forment des capacitances verticales et horizontale en même temps dans cette structure ce qui permet d’augmenter le signal obtenu.
Exemple particulier de structure
Le fait d’avoir un dimensionnement de la structuration (largeur Lp et pas p de structuration) des doigts dans le pixel nous permet d’avoir une absorption sélective dans la bande 8-14pm.
Afin d’obtenir les performances voulues pour maximiser l’absorption totale dans la structure, il est avantageux de structurer les jeux d’électrodes J1, J2 de manière adéquate. Un exemple avantageux mais non limitatif de structure est proposé cidessous.
Comme représenté en figure 3, il est possible que les jeux J1 et J2 présentent des dimensions différentes en plus de présenter des comportements différents en termes d’absorptivité et de réflectivité. Sur cet exemple, les doigts formés par les électrodes du jeu J présentent des largeurs wdJ1 et des espacements edJ1 respectivement inférieures et supérieurs à ceux des largeurs wdJ2 et des espacements edJ2 du jeu inférieur J2. Ce mode de réalisation permet de diminuer le masquage de la couche pyroélectrique par les électrodes supérieures. L’absorption par le matériau pyroélectrique des composantes électrique TE et magnétique TM de l’onde est ainsi améliorée.
Sur cet exemple de la figure 3, les deux jeux superposés d’électrodes sont alignés même s’il les électrodes du premier jeu ne recouvrent pas complètement les électrodes du deuxième jeu. Sur cet exemple non limitatif, les axes médians de chacune des électrodes (selon la direction x) sont alignés.
Par ailleurs, les doigts des électrodes du jeu inférieur J2, soit en face arrière du détecteur, doivent jouer le rôle de réflecteur pour les ondes infrarouges. Il est alors préférable pour ce réflecteur d’avoir une couche métallique avec une résistivité électrique faible et une épaisseur de dépôt supérieure à 100 nm.
L’épaisseur et les dimensions (largeur wdJ1 et espacement edJ1) des doigts des électrodes du jeu supérieur J1, c’est-à-dire sur la face avant de la structure doivent être adaptées à l’impédance du vide (377 ohm) afin d’augmenter leur absorption.
Pour cela, il est nécessaire d’utiliser des métaux avec des faibles épaisseurs et une structuration des doigts adaptées.
Le pas (p) des doigts interdigités sur la face avant et sur la face arrière de la structure est défini comme : p = wd+ed, avec wd étant la largeur des doigts et ed étant l’espacement entre les doigts. Ces valeurs peuvent différer d’un jeu à l’autre.
La largeur des doigts (wd) doit être comprise entre 1 et 20pm et le pas (p) entre 2 et 40pm. Préférentiellement wd est de 5pm et le pas p de 10pm. La largeur (Wp) et les longueurs (Lp) des pixels sont de préférence comprises entre 10 et 100pm. On désigne ici par pixel l’empilement formé par au moins les deux jeux J1 et J2 d’électrodes ainsi que le matériau pyroélectrique enserré entre les deux jeux.
Le nombre de doigts alternés sur les deux faces avant et arrière est compris entre 3 et 100.
De préférence, l’épaisseur e entre les deux jeux J1 et J2, soit la hauteur suivant z de la cavité optique 52 formée par le copolymère est comprise entre 0.9 et 1.1 fois λ/(η.4) et de préférence est sensiblement égale à λ/(η.4), avec lambda la longueur d’onde moyenne du rayonnement à détecter et n l’indice de réfraction. Dans un cas non limitatif d’une détection dans la gamme 8-14pm et dans lequel le matériau pyroélectrique est du P(VDF-TrFe), pour un indice de réfraction de 1.62 à 10pm, l’épaisseur e du P(VDF-TrFe) formant la cavité optique 52 est comprise entre 0.5 et 2pm et préférentiellement de 1.5pm.
Ainsi, on veillera à adapter l’épaisseur de la cavité optique 52 en fonction de l’indice de réfraction (n) du matériau pyroélectrique pour améliorer l’absorption.
La structure selon l’invention, configurée avec les paramètres ci-dessus permet d’améliorer très fortement l’absorption dans la bande 8-14pm.
L’adaptation du pas (p) de la structuration des doigts des électrodes 100, 200 ainsi que l’épaisseur de la cavité optique 52 permettent une détection sélective dans cette gamme de longueurs d’ondes.
Par ailleurs, on pourra contrôler le facteur de remplissage (FF) afin d’adapter en fonction de l’impédance du vide la résistance par carré (Rsq) des doigts interdigités dans la structure .
Rsq = FF x ψ
Selon un mode de réalisation particulier, qui apparaît clairement en figure 3, la couche de matériau pyroélectrique forme des creux entre deux couples définis par les électrodes situées au droit l’une de l’autre ou alignées selon l’axe (z). Ces creux sont notés 51 en figure 3. Au droit de ces creux, l’épaisseur du volume 53 du matériau pyroélectrique est plus faible qu’au droit des électrodes c’est-à-dire dans les cavités optiques 52.
Typiquement l’épaisseur e51 du matériau pyroélectrique au droit d’un creux 51 est telle que e51 < k e, e étant l’épaisseur de la couche de polymère (40) située entre deux électrodes alignées selon ladite direction perpendiculaire (z) (soit l’épaisseur de la cavité optique 52) et k = 0,9 et de préférence k = 0,8 et de préférence k = 0,5 et de préférence k = 0,3.
Ces creux 51 formés par des réductions d’épaisseur de la couche pyroélectrique confèrent au moins les avantages suivants :
- les dipôles sont dans une couche moins épaisse. Ils sont donc moins contraints mécaniquement et sont plus relaxés à la fin de l’étape de polarisation pour orienter les dipôles (poling). En fonctionnement, lors de l’absorption d’un rayonnement, leur vibration est donc facilitée améliorant de ce fait la sensibilité du détecteur ;
- le volume du matériau pyroélectrique est réduit. Ce dernier étant un isolant thermique, cette réduction de volume réduit la capacité thermique du détecteur et améliore sa fréquence de coupure.
Circuit d’alimentation 401 et circuit de lecture 402
La figurela illustre également de manière très schématique la connexion des électrodes à une unité 400 comprenant un circuit d’alimentation 401 des électrodes et un circuit de lecture 402 de l’intensité parcouru par les électrodes.
Les circuits 401 et 402 peuvent être distincts. C’est en particulier le cas lorsque le circuit d’alimentation 401 sert à la polarisation du matériau pyroélectrique afin d’orienter les dipôles et conférer ainsi à ce matériau ses propriétés pyroélectriques. Le circuit 401 applique alors de fortes tensions. En revanche, le circuit de lecture 402 est de préférence passif, c’est-à-dire qu’il permet de lire une intensité sans avoir à polariser les électrodes. Alternativement les circuits 401 et 402 forment un unique circuit.
Les circuits 401 et 402 peuvent être externes à l’empilement de couches, comme cela est illustré en figure 1a.
De préférence, au moins l’un des circuits 401 et 402 et de préférence ces deux circuits sont réalisés dans une des couches de l’empilement, par exemple dans le substrat 10.
Exemple particulier d’étape d’orientation des dipôles (polinq)
Comme indiqué ci-dessus, l’étape de poling (polarisation pour orienter les dipôles) permet de conférer à la couche 40, typiquement en P(VDF-TfFE), ses propriétés pyroélectriques.
Cette étape est effectuée de préférence lorsque l’empilement formant le détecteur est déjà réalisé. Cette polarisation est appliquée entre les branches 110 de connexion et 210 du détecteur. Elle comprend l’application d’un courant continue DC à haute tension, de préférence entre 80 et 150 V/pm pendant 1 à 5 minutes. Ensuite, on effectue une étape de recuit entre 50 et 90°C pendant 30 à 60 minutes. Cette étape de recuit est avantageuse pour relaxer les différents dipôles électriques dans la couche active afin de faciliter leurs vibrations lors du fonctionnement. Cette polarisation en courant continu (DC) peut se faire à température ambiante ou à chaud en dessous de la température de curie du matériau P(VDF-TrFe), ceci afin de ne pas l’altérer.
Exemple particulier de procédé de réalisation du détecteur
En référence aux figures 4a à 4i, un exemple de procédé de réalisation d’un détecteur selon l’invention va maintenant être décrit.
Une première étape consiste à fournir un substrat 10. Ce substrat 10 forme de préférence un substrat de support.
II est par exemple flexible et alors de préférence formé dans l’un des matériaux suivants : PEN (Polyethylene Naphtalate), PET (Polyéthylène téréphtalate), Polyimide (PI). Par substrat flexible, on entend un substrat apte à se déformer de manière élastique avec une flèche supérieure à l’épaisseur de ce substrat.
Alternativement le substrat 10 n’est pas flexible. II est alors de préférence à base de silicium ou de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat 10 comprend une portion ou la totalité du circuit d’alimentation 401 ou de lecture 402.
La figure 4a illustre une étape suivante comprenant le dépôt d’une couche isolante thermiquement 20, c’est-à-dire une couche présentant une faible conductivité thermique. De préférence la conductivité thermique est inférieure à 0.2W/K.
Cette couche isolante thermiquement 20 présente une épaisseur, prise selon l’axe z, typiquement inférieure à 10pm, de préférence comprise entre 1 pm et 10 pm et préférentiellement d’environ 5 pm. Elle est par exemple à base ou constituée de PVDF, de polyimide, du parylene ...etc. De manière plus générale, le couche doit être isolante thermiquement et électriquement.
Cette couche 20 est de préférence déposée à la tournette (spin-coating en anglais), sérigraphie, pulvérisation (habituellement désigné par le vocable anglais spray), jet d’encre ou par un dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La couche isolante thermiquement 20 peut être structurée de manière à avoir une porosité pour diminuer la conductivité thermique vers le substrat 10. Cette couche 20 va servir pour isoler thermiquement les pixels.
La figure 4b illustre une étape suivante comprenant le dépôt d’une couche 30 destinée à former une pluralité d’électrodes. Cette couche est électriquement conductrice.
De manière préférée mais non limitativement elle réfléchit les ondes pour lesquelles le détecteur est conçu. Ainsi dans une application aux infra-rouges, elle réfléchit les longueurs d’ondes comprises entre 8 et 15 pm. Elle présente une épaisseur inférieure à 1 μ, de préférence une épaisseur comprise entre 100 nm et 500 nm et préférentiellement 300 nm. Cette couche 30 est déposée par exemple par un dépôt physique en phase vapeur (PVD). Elle est par exemple en aluminium, ce qui permet de former un réflecteur efficace. D’autre métaux sont possibles, comme par exemple les matériaux suivants : AlCu, AISi, Cu, Ti, Ni, Pt, Au...etc.
La figure 4c illustre la structuration de la couche 30 afin de former des électrodes 110a, 110c et 210b, 210d. Cette étape comprend notamment une étape de définition de motifs dans une résine par lithographie, par exemple par photolithographie classique, puis une gravure de la couche métallique à travers le masque de résine. Comme illustré sur la figure4c en vue du dessus qui représente un mode de réalisation non limitatif, cette étape définit un jeu d’électrodes (J2) qui comprend :
- les électrodes 110a et 110c électriquement connectées ensemble par la branche 110, chacune de ces électrodes formant un doigt dont une extrémité s’étend, perpendiculairement depuis la branche de connexion 101 et dont l’autre extrémité est libre. Ces électrodes 110a et 110c forment avec leur branche de connexion 101 un premier peigne.
- les électrodes 210b et 210d électriquement connectées ensemble par la branche 210, chacune de ces électrodes formant un doigt dont une extrémité s’étend, de préférence perpendiculairement depuis la branche de connexion 201 et dont l’autre extrémité est libre. Ces électrodes 210a et 210c forment avec leur branche de connexion 201 un deuxième peigne, dont les électrodes sont interdigitées avec celles du premier peigne.
La figure 4d illustre une étape suivante comprenant le dépôt du matériau destiné à présenter des propriétés pyroélectriques, typiquement du P(VDF-TrFe). Ce polymère est déposé sous forme d’une couche 40 sur les électrodes interdigitées.
De préférence toutes les électrodes sont recouvertes. Seule l’extrémité des branches 101, 201 n’est pas couverte pour permettre ou faciliter la connexion des électrodes avec le circuit d’alimentation 401 et/ou le circuit de lecture 402. Le dépôt a de préférence une épaisseur de 100 nm à 10 pm. Ce dépôt est par exemple fait par spin-coating, jet d’encre, par pulvérisation ou par sérigraphie. Le dépôt est suivi d’un recuit pour la cristallisation du P(VDF-TrFe). Ce recuit est par exemple effectué entre 100 et 130°C pendant 10 à 30 min. D’autres types de recuit peuvent être utilisés : comme un recuit flash UV, c’est-à-dire un recuit comprenant des impulsions ultra brèves d’un rayonnement ultra-violet. Par ailleurs, il est possible d’utiliser différentes compositions de P(VDF-TrFe). Ces différentes compositions comprennent avantageusement avec un pourcentage en mole de TrFE compris entre 20 et 30%.
La figure 4e illustre une étape au cours de laquelle on procède à la gravure des trous d’interconnexions, habituellement désignés vias à l’intérieur de la couche 40. Ces vias débouchent sur les électrodes ou les branches de connexion 110, 210 du jeu J2 d’électrodes inferieure. Dans cet exemple à deux niveaux d’électrodes, le jeu J2 réalisé au cours des étapes décrites ci-dessus joue le rôle de réflecteur.
En figure 4e ces vias sont notés 41a-4d. De préférence ils sont chacun positionnés au droit d’une branche de connexion prise parmi 110, 210 et en regard, selon l’axe x, d’une électrode connectée à l’autre branche de connexion prise parmi 110, 210.
La gravure des vias se fait par exemple par plasma. Selon un exemple de réalisation, le P(VDF-TrFe) se grave en utilisant l’une des compositions suivantes: CF4+O2, CHF3+O2, SF6+O2. La différence entre ces chimies de gravure porte sur la vitesse de gravure du P(VDF-TrFe). Par exemple ce dernier se grave très rapidement avec du CF4+O2, comme indiqué dans la publication « Reactive ion etching of poly (vinylidène fluoride) and its optimization”, H. Miki et al International Journal of Engineering and Technical Research (IJETR) ISSN: 2321-0869, Volume-3, lssue-3 March 2015”.
La figure 4f illustre une étape comprenant le dépôt d’une couche 50 destinée à former le jeu d’électrodes supérieures.
Cette couche 50 est déposée de façon à être conforme et afin de remplir les vias 41a-41d jusqu’à déboucher sur le jeu J2 d’électrodes inférieures.
Cette couche 50 est électriquement conductrice afin de connecter électriquement par les vias 41a-41d, les électrodes supérieures et inférieures.
Par ailleurs, cette couche 50 doit être absorbante au rayonnement à détecter (typiquement un rayonnement infrarouge) afin que les électrodes qu’elle formera ne réfléchissent pas ou que peu le rayonnement incident.
On peut par exemple prévoir pour cette couche 50 du TiN ou un autre métal ou alliage présentant une résistivité adaptée. Ce dépôt est de préférence effectué en dessous de 150°C pour éviter d’abimer la couche active de polymère.
La figure 4g illustre la définition des électrodes du jeu supérieur dans la couche 50. Cette structuration du jeu supérieur J1 peut par exemple reprendre les étapes décrites en référence à la figure 4c pour définir les électrodes du jeu inférieur J2. On pourra notamment mettre comme pour les étapes de la figure 4c : le dépôt d’une couche de résine, une structuration de cette couche de résine par photolithographie, puis une gravure plasma à travers le masque de résine.
De préférence, et comme illustré en figure 4g, les électrodes 210a, 110b, 210c, 110d du jeu supérieur J2 masquent les électrodes 110a, 210b, 110c, 210d du jeu inférieur J2 sur toute leur longueur (prise selon l’axe x).
Comme indiqué ci-dessus, les électrodes de ce jeu supérieur doivent être absorbantes pour le rayonnement à détecter. L’ensemble de ces électrodes sur la face avant du détecteur doit donc être adapté à l’impédance du vide 377ohm. L’épaisseur des électrodes est alors de préférence comprise entre 5 et 50 nm. De préférence, l’épaisseur des électrodes correspond à l’épaisseur de la couche 50 telle que déposée.
En figure 4h est illustrée une étape optionnelle de gravure partielle du matériau pyroélectrique situé entre les électrodes 210a, 110b, 210c, 110d du jeu supérieur J1. Cette étape conduit à la formation de creux 51 entre les électrodes contenues dans le jeu supérieur.
De préférence, cette gravure et effectuée par plasma. Avantageusement elle, utilise la résine de la précédente étape (photolithographie et gravure des électrodes) pour graver partiellement la couche de matériau pyroélectrique entre les doigts, c’està-dire entre les électrodes 210a, 110b, 210c, 110d. Cette gravure est basée sur le temps de gravure de la couche active de matériau pyroélectrique typiquement du P(VDF-TrFe). De préférence, l’épaisseur gravée entre les doigts (donc la profondeur des creux 51) est comprise entre 10 à 30% de l’épaisseur de la couche de P(VDFTrFe) prise entre les deux jeux superposés d’électrodes, soit sur cet exemple, 10 à 30% de l’épaisseur déposée de la couche 40.
La résine est ensuite retirée avec un stripping adapté pour ne pas abimer la couche de polymère 40. Le reste de la couche 40 non gravée entre les électrodes supérieures assure l’absorption de tout le rayonnement infrarouge qui pénètre dans le détecteur entre les électrodes supérieures.
Comme expliqué en détail ci-dessus, ces creux 51 permettent de diminuer la capacité thermique de détecteur et par conséquent d’en améliorer la fréquence de coupure. Par ailleurs, ces creux 51 permettent de favoriser la relaxation du matériau pyroélectrique après l’étape de poling, facilitant de ce fait la vibration des dipôles et donc la génération de charges électriques lorsqu’un rayonnement est reçu. Ces creux permettent ainsi d’améliorer la sensibilité du détecteur.
La figure 4i illustre une étape optionnelle de dépôt d’une couche 70 de protection recouvrant les électrodes supérieures. De préférence cette couche 70 est électriquement isolante. Cette couche 70 de protection est déposée avec une épaisseur de préférence comprise entre 20 nm à 200nm. Il s’agit de préférence d’un dépôt conforme. Naturellement cette couche ne réfléchit pas ou que peu le rayonnement à détecter et le laisse passer dans les couches sous-jacentes. La température du dépôt est de préférence inférieure à 150°C pour ne pas altérer la couche 40 de polymère. Parmi les exemples de matériaux que l’on peut utiliser pour la couche 70, figurent par exemple le SiN, SiO, AI2O3, ... etc.
Modes de réalisation alternatifs
Dans le cadre de l’invention il est possible de prévoir des variantes. En particulier, afin d’améliorer l’absorption du dispositif il est possible de modifier la forme des électrodes et plus particulièrement la forme des doigts de la face avant du détecteur, c’est-à-dire du jeu d’électrodes supérieur J1.
Comme illustré en figure 5, on peut par exemple prévoir sur chaque doigt une ou plusieurs extensions 111,211. Ces extensions 111,211 s’étendent de préférence dans le même plan que les électrodes mais selon une direction transverse à la direction d’extension principale de ces électrodes. Ainsi si les électrodes s’étendent principalement selon l’axe (x), ces extensions 111, 211 s’étendent selon l’axe (y). Ces extensions 111, 211 sont de préférence réparties de manière périodique le long de cet axe avec une périodicité Pc de préférence comprise entre 1,5 pm et 5 pm. Elles présentent une largeur, mesurée selon la direction (x), comprise par exemple entre 0,2 pm et 2 pm.
La largeur Wc d’une extension, prise perpendiculairement à sa direction d’extension (soit selon l’axe x en figure 5) est inférieure à 8 Lp, de préférence inférieure à 10 Lp et de préférence inférieure à 15 Lp.
Une autre variante est illustrée en figures 6a et 6b. Sur cette variante les électrodes 100 et 200 forment trois jeux J1, Ji et J2 d’électrodes interdigitées. Les trois jeux sont parallèles. Les jeux J1 et J2 forment respectivement les jeux supérieur et inférieur. Le jeu Ji constitue un jeu intermédiaire. L’électrode d’un jeu est située au droit selon (z) avec une électrode de chacun des autres jeux.
Par exemple, de manière avantageuse, une électrode 210b du jeu intermédiaire
Ji, forme :
- un couple avec l’électrode 110b du jeu J1 ;
- un couple avec l’électrode 110b’ du jeu J2 ;
Ces deux couples permettent de définir lors du poling des dipôles dvb, dvb orientés verticalement mais de sens inverse ;
- un couple avec l’électrode 110a appartenant au même jeu Ji ;
- un couple avec l’électrode 110c appartenant au même jeu Ji.
Ces deux couples permettant de définir des dipôles dha, dhb orientés horizontalement et présentant des sens inverses.
Les électrodes du jeu supérieur J1 sont absorbantes. Les électrodes du jeu inférieur J2 sont réfléchissantes. Les électrodes du jeu intermédiaire Ji sont soit réfléchissantes soit absorbantes, en fonction notamment des épaisseurs de matériaux pyroélectrique entre les électrodes, ceci afin de privilégier la génération de charges dans certaines zones seulement. Cette structure à trois jeux d’électrodes interdigitées permet d’augmenter la densité des dipôles et permet ainsi d’améliorer l’absorptivité et la sensibilité du détecteur.
L’invention n’est pas limitée à uniquement deux ou trois jeux d’électrodes interdigitées et s’étend aux détecteurs présentant plus de jeux.
La figure 7 illustre un mode de réalisation dans lequel les surfaces dans lesquelles des jeux d’électrodes sont contenues ne sont pas planes. Ces surfaces sont courbes.
Les électrodes situées au droit l’une de l’autre et appartenant à deux jeux superposés sont donc situées sur une même droite, perpendiculaire auxdites surfaces au niveau des électrodes considérées.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Par exemple, selon les modes de réalisation non limitatifs illustrés, les électrodes superposées situées au droit l’une de l’autre sont alignées. Néanmoins, selon un autre mode de réalisation de l’invention les électrodes superposées situées au droit l’une de l’autre ne sont pas alignées. Leurs axes médians sont décalés.
Claims (19)
- REVENDICATIONS1. Détecteur pyroélectrique comprenant au moins :- une couche (40) comprenant un matériau présentant ou destiné à présenter des propriétés pyroélectriques,- un premier jeu (J1) d’électrodes (210a, 110b, 210c, 110d) interdigitées, contenues dans une surface supérieure (Hxy), situées sur ladite couche (40) et configurées pour absorber au moins en partie un rayonnement à détecter, caractérisé en ce que :- le détecteur comprend également au moins un deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes (110a, 210b, 110c, 210d) interdigitées contenu dans au moins une surface inférieure (Bxy) parallèle à ladite surface supérieure (Hxy) ;- le détecteur est configuré de manière à ce qu’une partie au moins de ladite couche (40) soit d’une part située entre les électrodes (110a, 210b, 110c, 210d) du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes et soit d’autre part situé entre les surfaces supérieure (Hxy) et inférieure (Bxy) ;- le détecteur est configuré de manière à ce que au moins certaines des électrodes du premier jeu (J1) soient respectivement en partie au moins au droit d’une électrode de l’au moins un deuxième jeu (Ji, J2) selon une direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) au niveau des électrodes considérées situées au droit l’une de l’autre ;- le détecteur est configuré de manière à ce que :- deux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J1, Ji, J2) forment ensemble un couple (210a/110b, 110b/210c, 110a/210b...), et- deux électrodes adjacentes, au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux jeux (J1, Ji, J2) différents forment ensemble un autre couple (210a/110a, 110b/210b... ),- en fonctionnement la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement :o en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et o en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).
- 2. Détecteur selon la revendication précédente dans lequel les surfaces supérieure (Hxy) et inférieure (Bxy) sont planes et définissent respectivement un plan supérieur (Hxy) et un plan inférieur (Bxy).
- 3. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite couche (40) présente des creux (51) entre les électrodes (210a, 110b, 210c, 110d) du premier jeu (J1).
- 4. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’épaisseur e51 de ladite couche (40) au droit d’un creux (51) est telle que e51 < k.e, e étant l’épaisseur de ladite couche (40) située entre deux électrodes au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z), et k = 0,9 et de préférence k = 0,8 et de préférence k = 0,5 et de préférence k = 0,3.
- 5. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour absorber un rayonnement compris dans une gamme donnée de longueurs d’ondes, de préférence comprise entre 8 et 14pm (10'6 mètres), et les électrodes (210a, 110b, 210c, 110d) au moins du premier jeu (J1) d’électrodes sont formées en un matériau absorbant au moins 50% et de préférence au moins 70% dudit rayonnement.
- 6. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour absorber un rayonnement compris dans une gamme donnée de longueurs d’ondes, de préférence comprise entre 8 et 14pm, et les électrodes (110a, 210b, 110c, 210d) du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes sont formées en un matériau réfléchissant au moins 50% et de préférence au moins 70% dudit rayonnement.
- 7. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les électrodes (110a, 210b, 110c, 210d) du deuxième jeu (Ji, J2) d’électrodes sont formées en métal et présentent une épaisseur supérieure ou égale à 50 nm et de préférence supérieure à 100 nm (10'8 9 mètres).
- 8. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le matériau de ladite couche (40) est pris parmi l’un au moins des matériaux suivants : P(VDF-TrFe), BaTiO3, PZT, AIN, ZnO, P(VDF-TrFe), P(VDF-TrFe-CFE), P(VDF-TrFeCTFE).
- 9. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour détecter un rayonnement infrarouge, de préférence dans la gamme 8-14 pm, et présente les dimensions suivantes :La largeur wd des électrodes est comprise entre 0.5 et 50pm et de préférence entre 1 et 20pm ; la largeur étant prise dans la surface (xy) contenant l’électrode considérée et selon une direction transverse (y) à une direction (x) selon laquelle l’électrode considérée s’étend principalement,Les électrodes d’un même jeu sont réparties de manière périodique selon un pas p compris entre 1 et 80pm et de préférence entre 2 et 40pm, et dans lequel le nombre d’électrodes par jeu (J1, Ji, J3) est supérieur à 3 et est de préférence supérieur à 6 et est de préférence comprise entre 3 et 200, de préférence entre 3 et 100.
- 10. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour détecter un rayonnement infrarouge, de préférence dans la gamme 8-14 pm, le matériau de ladite couche (40) situé entre deux électrodes au droit l’une de l’autre et appartenant à deux jeux différents (J1, Ji, J3) présentant une épaisseur comprise entre 0.2 et 4pm et de préférence entre 0.5 et 2pm.
- 11. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque électrode forme un doigt s’étendant uniquement selon une direction principale (x).
- 12. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque électrode forme un doigt s’étendant selon une direction principale (x) et dans lequel chaque électrode présente une pluralité d’extensions (111, 211) qui s’étendent chacune dans une direction transverse (y) à ladite direction principale (x).
- 13. Détecteur selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant un circuit d’alimentation (401) configuré pour appliquer aux électrodes (210a-210d, 110a-210d) une tension continue.
- 14. Détecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 comportant un circuit d’alimentation (401) configuré pour appliquer aux électrodes (210a-210d, 110a210d) une tension alternative.
- 15. Dispositif microélectronique comprenant une pluralité de détecteurs pyroélectriques selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque détecteur pyroélectrique formant en partie au moins un pixel d’une matrice, le dispositif microélectronique comprenant en outre au moins un dispositif de génération d’un signal fonction d’une intensité recueillie par chaque pixel de la matrice.
- 16. Caméra infrarouge ou capteur de température comprenant un dispositif selon la revendication précédente.
- 17. Procédé de réalisation d’un détecteur pyroélectrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 comprenant les étapes suivantes :- Former sur une couche isolante électriquement (40) le jeu (Ji, J2) d’électrodes interdigitées (110a, 210b, 110c, 210d) contenu dans l’au moins une surface inférieure (Bxy) ;- Déposer ladite couche (40) comprenant un matériau présentant ou destiné à présenter des propriétés pyroélectriques;- Former sur ladite couche (40) le jeu (J1) d’électrodes interdigitées (210a, 110b, 210c, 110d) contenu dans la surface supérieure (Hxy), de manière à ce que :oies électrodes de l’un des jeux (J1) soient respectivement au droit d’une électrode d’un autre un jeu (Ji, J2) selon une direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy);odeux électrodes adjacentes appartenant au même jeu (J1, Ji, J2) forment ensemble un couple (210a/110b, 110b/210c, 110a/210b...), et odeux électrodes adjacentes, au droit l’une de l’autre selon ladite direction perpendiculaire (z) et appartenant à deux jeux (J1, Ji, J2) différents forment ensemble un autre couple (210a/110a, 110b/210b...).
- 18. Procédé selon la revendication précédente comprenant:- appliquer une tension aux électrodes de manière à ce que la différence de potentiel entre les électrodes d’un couple est non nulle et alterne entre deux couples rencontrés consécutivement :o en parcourant un même jeu (J1, Ji, J2) et o en parcourant ladite direction perpendiculaire (z) auxdites surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) ;- la tension appliquée étant suffisante pour conférer à ladite couche (40) des propriétés pyroélectriques.
- 19. Procédé selon la revendication précédente dans laquelle la tension appliquée est suffisante pour former dans ladite couche (40) des dipôles (dha-dhd) orientés parallèlement aux surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy) et des dipôles (dvadvd) orientés perpendiculairement aux surfaces inférieure (Bxy) et supérieure (Hxy).ed
>////; Y1 2v 2/8200 ΐ—x
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|---|---|---|---|
| FR1663270A FR3061290A1 (fr) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Detecteur pyroelectrique |
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| FR1663270A FR3061290A1 (fr) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Detecteur pyroelectrique |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR3061290A1 true FR3061290A1 (fr) | 2018-06-29 |
Family
ID=59031011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR1663270A Withdrawn FR3061290A1 (fr) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Detecteur pyroelectrique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3061290A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990006495A1 (fr) * | 1988-11-30 | 1990-06-14 | Plessey Overseas Limited | Configuration d'electrode de detection ir thermique |
| US6049080A (en) * | 1996-10-30 | 2000-04-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pyroelectric infrared sensor device |
| WO2016174354A1 (fr) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Capteur pyroelectrique pour la detection d'empreintes |
-
2016
- 2016-12-22 FR FR1663270A patent/FR3061290A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990006495A1 (fr) * | 1988-11-30 | 1990-06-14 | Plessey Overseas Limited | Configuration d'electrode de detection ir thermique |
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| WO2016174354A1 (fr) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Capteur pyroelectrique pour la detection d'empreintes |
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