FR3118018A1 - Microsystème électromécanique - Google Patents
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Abstract
Titre Microsystème électromécanique L’invention concerne un microsystème électromécanique 1 comprenant un transducteur électromécanique 11, une membrane déformable 12 et une cavité 13 contenant hermétiquement un milieu déformable 14 conservant un volume constant sous l’action d’un changement de pression externe. La membrane déformable forme une paroi de la cavité et présente au moins une zone libre 121 de se déformer. Le transducteur électromécanique est configuré de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe, et inversement. La zone libre coopère avec un organe externe 2 de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe. Le microsystème électromécanique 1 est ainsi apte à déplacer l’organe externe ou à capter un mouvement de cet organe. Figure pour l’abrégé : Fig. 1A
Description
La présente invention concerne le domaine des microsystèmes électromécaniques. Elle trouve par exemple pour application particulièrement avantageuse l’actionnement ou le déplacement d’objets, y compris sur des distances relativement grandes. L’invention trouve également pour application le domaine de la détection par contact. Elle pourra ainsi être mise en œuvre pour réaliser des capteurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans des applications variées, on peut avoir besoin de déplacer des objets microscopiques, voire nanoscopiques, et/ou avoir besoin de capter des mouvements de tels objets. Il existe des microsystèmes qui permettent cela.
Lorsque ces microsystèmes sont des actionneurs, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: l’amplitude du déplacement, la force déployée et la précision du déplacement généré. Lorsque ces microsystèmes sont des capteurs, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: la capacité à capter un mouvement sur une amplitude importante.
Par ailleurs, que les microsystèmes soient des actionneurs ou des capteurs, on recherche à ce qu’ils offrent de bonnes performances en termes d’encombrement, de consommation énergétique et de capacité à travailler en fréquence.
Toutes les solutions connues présentent des performances faibles pour l’un au moins de ces paramètres. Généralement, les microsystèmes existants présentent des performances trop peu satisfaisantes pour une combinaison de ces paramètres.
Un objet de la présente invention est de proposer un microsystème électromécanique qui présente des performances améliorées par rapport aux solutions existantes, au moins pour l’un des paramètres mentionnés ci-dessus, ou qui présente un meilleur compromis concernant au moins deux des paramètres susmentionnés.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RÉSUMÉ
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit un microsystème électromécanique comprenant :
- au moins un transducteur électromécanique comprenant une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation,
- au moins une membrane déformable,
- une cavité déformable délimitée par des parois.
Au moins une partie de la membrane déformable forme au moins une partie d’une première paroi prises parmi lesdites parois de la cavité.
La cavité est configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe exercée sur le milieu déformable à travers l’une des parois de la cavité.
La partie mobile du transducteur électromécanique est configurée de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe ou inversement que son mouvement induise un changement de pression externe.
Ladite au moins une partie de la membrane déformable présente au moins une zone libre de se déformer en fonction dudit changement de pression externe.
Le microsystème électromécanique est en outre tel que ladite au moins une zone libre est configurée pour coopérer avec un organe externe de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe.
Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus est ainsi apte à déplacer l’organe externe ou à capter un mouvement de cet organe, et ce en présentant, de façon aisément modulable en fonction des applications visées, une capacité suffisante en termes d’amplitude de déplacement et/ou une capacité suffisante en termes de force déployée et/ou une capacité de captation de mouvement sur une amplitude suffisante et/ou une capacité suffisante à travailler en fréquence et/ou une taille compatible avec les applications visées, et/ou une consommation en énergie réduite.
Par ailleurs, la solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un actionneur dit à grand débattement, c’est-à-dire autorisant typiquement le déplacement de l’organe externe sur une longueur de course d’au moins 30 µm, voire de 100 µm. De même, la solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un capteur dit à grand débattement, autorisant typiquement à capter un déplacement dont l’amplitude est d’au moins 30 µm, voire de 100 µm.
De manière facultative, la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un doigt, également désigné pion, fixé sur ladite zone libre. De préférence, le pion est fixé au contact de ladite zone libre et plus précisément au contact d’une face externe de la zone libre.
Un autre aspect de l’invention concerne un système ou un microsystème opto-électro-mécanique comprenant au moins un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus et au moins un microsystème optique.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus, comprenant, voire étant limité à, des étapes de dépôt et de gravure ordinaires en microélectronique. Le microsystème électromécanique peut en effet être fabriqué par des moyens ordinaires de la microélectronique, ce qui confère à son fabricant tous les avantages découlant de l’utilisation de ces moyens, dont une grande latitude en termes de dimensionnement, d’énergie d’adhésion entre les différents dépôts, d’épaisseur des différents dépôts, d’étendue de gravure, etc.
Selon un exemple, le procédé de fabrication du microsystème électromécanique comprend les étapes suivantes :
- une étape de formation, sur un substrat, d’une portion au moins d’au moins un transducteur électromécanique, puis
- une étape de dépôt de la membrane déformable, puis
- une étape de formation d’une cavité ouverte sur la membrane déformable, puis
- une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la cavité, et
- une étape de gravure du substrat pour former une face avant (FAV) du microsystème électromécanique.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
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 des différentes couches, parois et organes illustrés ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité. De même, les dimensions latérales de l’élément piézoélectrique, de la zone libre de la membrane et/ou des butées ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité, notamment lorsque considérées l’une par rapport à une autre.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
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 exemple, la zone libre est libre de se déformer de façon élastique en fonction dudit changement de pression externe.
Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus est de préférence exempt d’élément optique, telle qu’une lentille, notamment à focale variable.
Lorsque la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un pion, ce dernier peut présenter les caractéristiques optionnelles suivantes qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, le pion est fixé au centre de la zone libre de la membrane déformable. De la sorte, l’on s’assure que le mouvement du pion est un mouvement de translation perpendiculaire au plan dans lequel s’inscrit la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable, lorsque la membrane n’est pas déformée.
Selon un exemple, le pion s’étend principalement selon une direction longitudinale. Lorsque la membrane n’est pas déformée, la direction longitudinale du pion est sensiblement perpendiculaire à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face externe de la membrane lorsque la membrane n’est pas déformée. Le pion peut présenter une forme cylindrique. Selon un mode de réalisation alternatif, le pion ne présente pas une forme cylindrique. Il peut présenter une forme courbe par exemple.
Selon un exemple, le pion présente une première extrémité par laquelle il prend appui sur la zone libre et une deuxième extrémité opposée à la première extrémité.
Selon un exemple, le pion s’étend entre la première extrémité et la deuxième extrémité principalement selon une direction longitudinale. Alternativement, le pion présente une forme courbe ou s’étend selon plusieurs directions différentes.
Selon un exemple, la zone libre présente une portion centrale s’étendant depuis un centre de la zone libre et une portion périphérique disposée autour de la portion centrale. Par exemple, le pion s’appuie par sa première extrémité sur la portion centrale de la zone libre.
Le pion peut être configuré pour coopérer avec l’organe externe par l’intermédiaire d’un guide solidaire de l’organe externe, de sorte à permettre un positionnement automatique de l’organe externe sur le pion.
Selon un exemple, le pion est configuré pour pouvoir être solidarisé avec l’organe externe par collage ou magnétisme.
Selon un exemple, l’énergie d’adhérence du pion sur la zone libre de la membrane déformable est supérieure à celle du pion sur l’organe externe.
Grâce au pion selon l’un et/ou l’autre des deux exemples précédents, une solidarisation, éventuellement amovible, du pion et de l’organe externe est prévue qui est largement modulable en termes de force de retenue.
Selon un exemple, au moins une partie du transducteur électromécanique forme une partie de la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable. Le microsystème électromécanique selon cette caractéristique présente une structure non-traversante, laissant libre les autres parois de la cavité de sorte à pouvoir y réaliser d’autres fonctions ou de sorte à leur permettre de rester inertes, pour une capacité d’intégration accrue notamment dans un microsystème opto-électro-mécanique.
Selon un exemple, le transducteur électromécanique s’étend, directement sur la membrane déformable, c’est-à-dire que le transducteur électromécanique est directement au contact de la membrane déformable. Alternativement, le transducteur électromécanique s’étend indirectement sur la membrane déformable, c’est-à-dire qu’au moins un élément ou une couche intermédiaire est disposé entre le transducteur électromécanique et la membrane déformable.
Selon un exemple, le transducteur électromécanique entoure entièrement la zone libre de la membrane déformable.
Selon un exemple non limitatif, le transducteur électromécanique prend une forme annulaire dont le centre circulaire définit l’étendue de la zone libre de la membrane déformable.
Le transducteur électromécanique peut être configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable et la membrane déformable peut être configurée de sorte qu’un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable induise une déformation de la zone libre de la membrane déformable tendant à éloigner l’organe externe de la cavité (plus précisément à l’éloigner d’une paroi fixe de la cavité telle que la paroi opposée à la paroi formée en partie par la membrane). Le microsystème électromécanique est ainsi configuré de sorte à induire un déplacement de l’organe externe dans un premier sens, correspondant à un éloignement de l’organe externe par rapport à la cavité.
En alternative à la caractéristique précédente, le transducteur électromécanique peut être configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable et la membrane déformable peut être configurée de sorte qu’une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable induise une déformation de la zone libre de la membrane déformable tendant à rapprocher l’organe externe de la cavité (plus précisément à le rapprocher d’une paroi fixe de la cavité telle que la paroi opposée à la paroi formée en partie par la membrane). Le microsystème électromécanique est ainsi configuré de sorte à induire un déplacement de l’organe externe dans un deuxième sens, ce deuxième sens tendant à rapprocher l’organe externe de la cavité.
Au moins la partie mobile du transducteur électromécanique peut être solidaire d’une zone de la membrane déformable adjacente à la zone libre de la membrane déformable, de sorte qu’un mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique, y compris un mouvement induisant le rapprochement de l’organe externe par rapport à la cavité, induise un mouvement correspondant de ladite zone de la membrane déformable adjacente à sa zone libre.
La partie mobile du transducteur électromécanique peut présenter une surface au moins deux fois supérieure à une surface de la zone libre de la membrane déformable.
La membrane déformable est de préférence configurée de sorte que sa zone libre soit capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 µm, voire d’au moins 100µm, voire d’au moins 1000µm, selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s’étend principalement lorsqu’elle est au repos. Sans se déchirer et/ou sans usure significative, le microsystème électromécanique offre ainsi la capacité à satisfaire de nombreuses et diverses applications nécessitant un grand débattement, ce dernier étant défini le cas échéant par domaine technique concerné.
Le microsystème électromécanique peut comprendre en outre au moins une butée latérale configurée pour guider le mouvement de l’organe externe et/ou pour mettre en prise une partie non mobile d’un transducteur électromécanique. Selon un exemple optionnel, la butée latérale est supportée par la paroi de la cavité qui est en partie formée par la membrane déformable. Selon un exemple optionnel, ladite au moins une butée latérale s’étend à l’opposé de la cavité.
Il est ainsi possible de :
- limiter, de manière contrôlée, fiable et reproductible, l’inclinaison du pion lors du mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique, et/ou
- permettre un auto-positionnement de l’organe externe relativement à la zone libre de la membrane déformable, et/ou
- protéger la membrane déformable, et plus particulièrement sa zone libre, notamment d’un éventuel arrachement, lors d’un report ou d’un collage de l’organe externe.
Lorsque la zone libre de la membrane déformable est configurée pour coopérer avec l’organe externe via un pion fixé sur ladite zone libre, le microsystème électromécanique peut en outre présenter les caractéristiques optionnelles suivantes qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Le pion peut s’étendre depuis la zone libre de la membrane déformable au-delà de ladite au moins une butée latérale.
En alternative, le pion peut s’étendre depuis la zone libre de la membrane déformable en-deçà de ladite au moins une butée latérale.
Le microsystème électromécanique selon l’une ou l’autre des deux caractéristiques précédentes offre une capacité d’adaptation satisfaisante à une large variété d’organes externes et d’applications.
Le microsystème électromécanique peut comprendre en outre une butée dite basse supportée par la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable, ladite butée basse s’étendant dans la cavité vers la zone libre. Elle présente une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre de la membrane déformable de sorte à protéger la membrane déformable, et plus particulièrement sa zone libre, notamment d’un éventuel arrachement, lors d’un report ou d’un collage de l’organe externe. Par ailleurs, la butée dite basse peut être conformée pour limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable. De manière alternative ou cumulée, la butée basse peut être conformée de sorte à limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi de la cavité opposée à la zone libre de la membrane déformable. Cela permet d’éviter que la membrane n’adhère à cette paroi.
Le transducteur électromécanique peut être un transducteur piézoélectrique, de préférence comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT.
Le transducteur électromécanique peut être un transducteur à fonctionnement statique.
En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique peut être un transducteur à fonctionnement vibratoire à au moins une fréquence de résonance, ladite au moins une fréquence résonance étant de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieure à 1 kHz.
Le milieu déformable contenu hermétiquement dans la cavité peut comprendre au moins un fluide, de préférence liquide. Le fluide présente de préférence une viscosité de l’ordre de 100 cSt à température et pression ambiantes (1cSt=10-6m2/s).
Selon un exemple de réalisation non limitatif, le fluide présente une compressibilité comprise entre 10-9et 10-10Pa-1à 20°C, par exemple de l’ordre de 10-10Pa-1à 20°C, sans que ces valeurs soient limitatives.
Le microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus peut comprendre en outre une pluralité de membranes déformables et/ou une pluralité de zones libres par membrane déformable et/ou une pluralité de transducteurs électromécaniques.
Ledit au moins un microsystème optique du système opto-électro-mécanique tel qu’introduit ci-dessus peut comprendre au moins un miroir également désigné micro-miroir, de préférence à base de silicium.
Selon un exemple, le système opto-électro-mécanique est configuré de sorte à ce que le mouvement de la partie mobile du transducteur électromécanique provoque un déplacement de l'au moins un miroir.
En alternative ou en complément, le système opto-électro-mécanique peut comprendre une pluralité de microsystèmes électromécaniques présentant chacun une zone libre agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique, tel qu’un miroir. De préférence, le microsystème électromécanique coopère avec le miroir au niveau d’une zone qui n’est pas au centre du miroir mais par exemple dans un coin du miroir. On obtient ainsi un système ou un microsystème opto-électro-mécanique bénéficiant d’une large capacité d’adaptation de son orientation optique.
On entend, par « microsystème électromécanique », un système comprenant au moins un élément mécanique et au moins un transducteur électromécanique réalisés à l’échelle micrométrique avec des moyens de la microélectronique. L’élément mécanique peut être mis en mouvement (actionné) grâce à une force générée par le transducteur électromécanique. Ce dernier peut être alimenté par des tensions électriques produites avec des circuits électroniques avoisinants. En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique peut capter un mouvement de l’élément mécanique ; le microsystème électromécanique joue alors le rôle de capteur.
Un « microsystème » est un système dont les dimensions externes sont inférieures à 1 centimètre (10-2mètres) et de préférence à 1 millimètre (10-3mètres).
Le plus souvent, un transducteur électromécanique joue un rôle d’interface entre les domaines mécanique et électrique. Toutefois, on entend ici, par « transducteur électromécanique », aussi bien un transducteur piézoélectrique qu’un transducteur thermique, ce dernier jouant un rôle d’interface entre les domaines mécanique et thermique. Un transducteur électromécanique peut comprendre une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation. Lorsque le transducteur est piézoélectrique, la sollicitation est de nature électrique. Lorsque le transducteur est thermique, la sollicitation est de nature thermique.
Lorsqu’il est fait mention du centre de la cavité, ce centre est défini géométriquement en considérant comme le centre d’une cavité présentant une zone libre non déformée de la membrane déformable.
On entend par « inférieur » et « supérieur », « inférieur ou égal » et supérieur ou égal », respectivement. L’égalité est exclue par l’usage des termes « strictement inférieur » et « strictement supérieur ».
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur.
Les figures 1A et 1B sont des schémas de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique 1 selon des premier et deuxième modes de réalisation de l’invention. Sur chacune des figures 1A et 1B sont illustrés un transducteur électromécanique 11, une membrane déformable 12 et une cavité 13 configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable 14.
Chacun de ces schémas de principe peut aussi bien représenter une structure à symétrie de rotation ou de révolution autour d’un axe perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la membrane déformable telle qu’illustrée, qu’une structure s’étendant, par exemple de façon sensiblement invariante, perpendiculairement à la vue en coupe illustrée et symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la membrane déformable telle qu’illustrée.
Avant de décrire plus avant les différents modes de réalisation de l’invention illustrés sur les figures annexées, notons que chacune de ces illustrations représente schématiquement un mode de réalisation du microsystème électromécanique selon l’invention qui présente une structure non traversante. Plus particulièrement, dans les différents modes illustrés, le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 se situent tous deux en face avant FAV du microsystème électromécanique 1. Ce type de structure est particulièrement avantageux dans la mesure où la face arrière FAR du microsystème électromécanique 1 peut participer uniquement de façon passive, et en particulier sans se déformer, à la fonction d’actionneur et/ou de capteur du microsystème électromécanique 1. Plus particulièrement, la face arrière FAR d’un microsystème électromécanique 1 à structure non traversante selon l’invention peut notamment constituer une face par laquelle le microsystème électromécanique 1 peut être aisément monté sur un support (référencé 32 sur les figures 11A et 11B) et/ou peut constituer une face par laquelle le microsystème électromécanique peut aisément être davantage fonctionnalisé.
Toutefois, l’invention n’est pas limitée aux microsystèmes électromécaniques à structure non traversante. Dans son acceptation la plus large, l’invention concerne également des microsystèmes électromécaniques 1 dits à structure traversante dans lesquels le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 sont agencés sur des parois distinctes entre elles de la cavité 13, que ces parois soient adjacentes ou opposées entre elles.
Le transducteur électromécanique 11 comprend au moins une partie mobile 111. Cette dernière est configurée pour se mouvoir ou être mue entre au moins deux positions. Une première de ces positions est une position d’équilibre atteinte et conservée lorsque le transducteur électromécanique 11 n’est pas sollicité, que ce soit par exemple par un courant électrique l’alimentant ou par une force contraignant sa partie mobile hors de sa position d’équilibre. Une deuxième position de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est atteinte lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité, que ce soit par exemple par un courant électrique l’alimentant ou par une force contraignant sa partie mobile hors de sa position d’équilibre. Le transducteur électromécanique 11 peut être maintenu dans l’une ou l’autre des première et deuxième positions décrites ci-dessus, et présenter ainsi un comportement binaire, ou peut en outre être maintenu dans n’importe quelle position intermédiaire entre sa position d’équilibre et sa position de plus grande déformation, ou de plus grande déflexion, par rapport à l’équilibre.
Dans l’exemple illustré, lorsque le transducteur électromécanique 11 n’est pas sollicité, sa partie mobile 111 s’étend principalement dans un plan parallèle au plan xy du repère orthogonal xyz illustré en .
Le transducteur électromécanique 11 est de préférence un transducteur piézoélectrique. Plus particulièrement, le transducteur électromécanique 11 comprend au moins un matériau piézoélectrique mécaniquement couplé à un autre élément, qualifié de support ou de poutre. Le terme de poutre ne limite aucunement la forme de cet élément.
De façon connue, un matériau piézoélectrique présente comme propriété de se contraindre lorsqu’on lui applique un champ électrique. En se contraignant, il se déforme. Mécaniquement associé au support, le matériau piézoélectrique entraine le support avec lui et déplace alors ce dernier. La zone du support susceptible de se déplacer correspond à la partie mobile 111. C’est cette propriété de déplacement qui est utilisée pour former un actionneur.
De même, sous l’action d’une contrainte mécanique, un matériau piézoélectrique se polarise électriquement. Ainsi, lorsque le support est déplacé, il déforme le matériau piézoélectrique qui induit un courant électrique. C’est cette propriété qui est utilisée pour former un capteur.
Il ressort donc de cet exemple de réalisation du transducteur électromécanique 11, mais cela reste potentiellement vrai pour chacun des autres modes de réalisation envisagés du transducteur électromécanique 11, que le microsystème électromécanique 1 selon l’invention peut fonctionner comme actionneur et/ou comme capteur. En tant qu’actionneur, il peut permettre de déplacer un organe externe 2 vers le haut, comme illustré sur la , ou vers le bas, comme illustré sur la . En tant que capteur, il peut permettre de capter un déplacement, en particulier un déplacement vertical, de l’organe externe 2. Ci-dessous, pour des raisons de simplicité, nous décrivons essentiellement le microsystème électromécanique 1 comme un actionneur, sans toutefois exclure sa capacité à assurer, en alternative ou en complément, une fonction de capteur.
Le transducteur électromécanique 11 est encore plus préférentiellement un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT (Titano-Zirconate de Plomb). Dans ce cas, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est capable sous sollicitation de se mouvoir avec un déplacement plus significatif (du fait du coefficient piézoélectrique d31) qu’avec bon nombre d’autres matériaux piézoélectriques. Toutefois, le PZT étant un matériau ferroélectrique, un tel transducteur piézoélectrique fonctionne préférentiellement dans un seul sens d’actionnement (mouvement dans un unique sens de sa partie mobile 111) quelle que soit la polarité de son alimentation électrique, alors qu’un transducteur piézoélectrique à base d’un matériau non-ferroélectrique peut préférentiellement fonctionner dans les deux sens (mouvement dans deux sens opposés de sa partie mobile 111). En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique 11 peut être un transducteur piézoélectrique (non ferroélectrique) à base d’un matériau propre à permettre à sa partie mobile 111 de se mouvoir dans des sens opposés relativement à sa position d’équilibre, par exemple en fonction de la polarité de son alimentation électrique. Un tel matériau est par exemple un matériau à base de nitrure d’aluminium (AlN).
En alternative ou en complément, le transducteur électromécanique 11 peut être ou comprendre un transducteur thermique
La membrane déformable 12 peut être à base d’un polymère, et est de préférence à base de PDMS (pour polydiméthylsiloxane). Les propriétés de la membrane déformable 12, en particulier son épaisseur, sa surface et sa forme, peuvent être configurées pour conférer à la membrane déformable 12, et plus particulièrement à une zone 121 de cette membrane qui est libre de se déformer, une capacité d’étirement escomptée, notamment en fonction de l’application visée.
La cavité 13 telle qu’illustrée notamment sur les figures 1A et 1B présente plus particulièrement des parois 131, 132, 133 contenant hermétiquement le milieu déformable 14. Dans les exemples illustrés, la paroi 132 de la cavité 13 constitue la face arrière FAR du microsystème électromécanique 1. La paroi 131 opposée à la paroi 132 est formée au moins en partie par au moins une partie de la membrane déformable 12. Ainsi, la paroi 131 est déformable. La paroi 131 est désignée par la suite première paroi. Elle se situe au niveau de la face avant FAV du microsystème électromécanique 1. Au moins une paroi 133 latérale joint entre elles les parois 131 et 132. On notera que l’herméticité de la cavité 13 peut nécessiter que la membrane déformable 12 soit elle-même imperméable, ou rendue imperméable, notamment au niveau de sa zone libre 121.
On notera également que, pour assurer plus aisément l’herméticité de la cavité 13 :
- la première paroi 131 de la cavité est de préférence entièrement formée ou recouverte par au moins la membrane déformable 12 et/ou
- le transducteur électromécanique 11 s’étend de toute son étendue sur la membrane déformable 12, en étant au contact, direct ou indirect, de celle-ci.
De préférence, les parois 132, 133 restent fixes lorsque la membrane 12 se déforme.
Le milieu déformable 14 est quant à lui propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe. Autrement dit, il peut s’agir d’un milieu incompressible ou faiblement compressible dont la déformation nécessite de préférence peu d’énergie. Il s’agit par exemple d’un liquide.
Du fait qu’une partie au moins de la paroi 131 de la cavité 13 est formée par une partie au moins de la membrane déformable 12, l’on comprend que tout changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 peut être compensé par une déformation, sensiblement proportionnelle, de la membrane déformable 12, et plus particulièrement de sa zone libre 121, et/ou par un déplacement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11. Lorsque le transducteur est sollicité, cette compensation est plus particulièrement liée à une conversion du changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 en un étirement de la membrane déformable 12 ou une relaxation de la membrane déformable 12 déjà étirée. On rappelle que le milieu déformable 14 est incompressible et que ces contraintes s’effectuent donc avec une conservation du volume de la cavité 13. L’on comprend que, dans un souci de reproductibilité de l’actionnement ou de la captation de mouvement qu’offre le microsystème électromécanique 1 selon l’invention, il est préférable que toute déformation de la membrane déformable 12 soit élastique, et non plastique, pour garantir le retour dans un même état de moindre étirement, ou de relaxation maximale, de la membrane déformable 12 chaque fois qu’elle n’est plus contrainte.
Le milieu déformable 14 peut plus particulièrement comprendre au moins un fluide, de préférence liquide. Les paramètres du liquide seront adaptés en fonction des applications visés. L’on s’assure ainsi que tout changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14 induit une déformation sensiblement proportionnelle de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. Le fluide peut être constitué, ou à base, d’un liquide, tel que de l’huile ou peut être constitué, ou à base, d’un polymère. Selon un exemple, le fluide est à base ou est constitué de glycérine. L’on s’assure ainsi, en plus d’une déformation sensiblement proportionnelle de la membrane 12, de la capacité du milieu déformable 14 à occuper notamment le volume créé par étirement de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 à l’opposé du centre de la cavité 13.
L’on comprend de ce qui précède que le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte que le mouvement du transducteur électromécanique 11 soit fonction du changement de pression externe exercée sur le milieu déformable 14, pour réaliser la fonction d’actionneur du microsystème électromécanique 1, et inversement, pour réaliser la fonction de capteur du microsystème électromécanique 1. Plus particulièrement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle d’actionneur, le transducteur électromécanique 11 est sollicité de sorte à exercer un changement de pression externe sur le milieu déformable 14 et induire par-là la déformation de la membrane déformable 12. Inversement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle de capteur, la déformation de la membrane 12 exerce un changement de pression externe sur le milieu déformable 14 qui induit un déplacement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le microsystème électromécanique 1 est tel que la zone libre 121 de la membrane déformable 12 est configurée pour coopérer avec un organe externe 2. De la sorte, la déformation de la zone libre 121 induit, ou est induite par, un mouvement de l’organe externe 2. C’est donc par l’intermédiaire de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 que le microsystème électromécanique 1 déplace l’organe externe 2 ou capte un mouvement de l’organe externe 2. Ainsi, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle d’actionneur, l’activation du transducteur électromécanique 11 déforme la membrane 12 ce qui déplace l’organe 2. Inversement, lorsque le microsystème électromécanique 1 joue le rôle de capteur, un appui d’un organe externe 2 sur la membrane 12 ou une traction de la membrane 12 par un organe externe 2 déforme la membrane 12, ce qui déplace le transducteur électromécanique 11 puis génère in fine un signal. De sorte que le signal généré puisse être fonction du déplacement de l’organe externe 2, et en particulier de son amplitude de déplacement, il est préférable que la surface de la zone libre 121 soit supérieure à la surface de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 qui est en contact avec la membrane déformable 12.
Plus particulièrement, la coopération entre la zone libre 121 de la membrane déformable 12 et l’organe externe 2 peut être réalisée via un doigt, également désigné pion 122, qui est fixé sur la zone libre 121. Les termes « doigt » et « pion » peuvent être intervertis. Le terme « pion » ne se limite pas aux pièces de section constante et a fortiori aux pièces cylindriques.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le pion 122 peut être plus particulièrement fixé au centre de la zone libre 121 de la membrane déformable 12, ou plus généralement symétriquement par rapport à l’étendue de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. De la sorte, le pion 122 est déplacé, par la déformation élastique de la zone libre 121, dans un sens contrôlé, sensiblement vertical, et n’est pas, ou peu, incliné par rapport à la verticale lors de ses déplacements. Le débattement latéral du pion 122 est ainsi avantageusement limité.
En complément ou en alternative, l’organe externe 2 peut être structuré de sorte à comprendre un guide par lequel l’organe externe 2 est destiné à coopérer avec le pion 122. Ce guide peut lui aussi contribuer à s’opposer à une inclinaison du pion 122 lors de ses déplacements. Nous verrons plus tard que les limitations ainsi atteintes en termes de débattement latéral du pion 122 peuvent encore être renforcées par la présence d’au moins une butée latérale 15 s’étendant depuis une partie de la paroi 131 située hors de la zone libre 121 de la membrane déformable 12.
De façon non limitative, un collage ou une aimantation du pion 122 sur l’organe externe 2 peut permettre de solidariser entre eux le pion 122 et l’organe externe 2. L’énergie d’adhérence du pion 122 sur la zone libre 121 de la membrane déformable 12 est de préférence supérieure à celle du pion 122 sur l’organe externe 2. Nous verrons, lorsque nous décrirons les procédés de fabrication des microsystèmes électromécaniques 1 illustrés sur les figures 2A et 2B que l’énergie d’adhérence du pion 122 sur la zone libre 121 peut être une résultante d’étapes technologiques ordinaires dans le domaine de la micro-électronique. Cette énergie d’adhérence pouvant ainsi être estimée ou mesurée, il est aisé d’obtenir par collage, par exemple à l’aide d’une résinead hoc, ou par aimantation, par exemple une solidarisation qui soit d’une énergie plus faible que l’énergie avec laquelle le pion 122 est solidarisé avec la membrane déformable 12. On comprend donc que la solidarisation entre le pion 122 et l’organe externe 2 est ainsi largement modulable en termes de force de retenue. Cette modularité peut permettre notamment de rendre amovible la solidarisation entre le pion 122 et l’organe externe 2, par exemple pour permettre à un même microsystème électromécanique 1 selon l’invention d’être agencé successivement avec plusieurs organes externes 2 avec chacun desquels il serait solidarisé, puis désolidarisé.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le transducteur électromécanique 11 peut former une partie de la première paroi 131 de la cavité 13. Le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 sont ainsi placés d’un même côté de la cavité 13. Les structures présentant cette caractéristique sont avantageusement non traversantes, comme évoqué plus haut.
Sur cet exemple non limitatif, la membrane 12 présente une face interne 12i configurée pour être au contact du milieu déformable 14 et une face externe 12e. La face interne 12i forme une partie de la première paroi 131 de la cavité 13. De préférence, pour assurer aisément l’herméticité de la cavité 13, la face interne 12i de la membrane 12 forme toute la première paroi 131 de la cavité 13. Le transducteur électromécanique 11, plus précisément la partie mobile 111 de ce dernier, présente une face interne 11i tournée au regard, et de préférence au contact de la face externe 12e de la membrane 12. Le transducteur électromécanique 11 présente également une face externe 11e, opposée à la face interne 11i, et tournée vers l’extérieur du microsystème électromécanique 1. De préférence, pour assurer aisément l’herméticité de la cavité 13, la face interne 11i du transducteur électromécanique 11 est de préférence entièrement au contact de la face externe 12e de la membrane 12. On peut prévoir qu’une ou des couches intermédiaires soient disposées entre la face externe 12e de la membrane 12 et la face interne 11i du transducteur électromécanique. Le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte que le mouvement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 provoque un déplacement de la membrane 12 et donc de la paroi 131 qui enferme le milieu 14.
On remarquera que, sur chacune des figures 1A et 1B :
- le transducteur électromécanique 11 s’étend sur la membrane déformable 12 en définissant la zone libre 121 de la membrane déformable 12, et
- la membrane déformable 12 sépare le transducteur électromécanique 11, de préférence sur toute son étendue, du milieu déformable 14.
En outre, le transducteur électromécanique 11 peut avantageusement être solidaire de la membrane déformable 12 sur une zone 123 située hors de la zone libre 121, et plus particulièrement sur une zone 123 adjacente à la zone libre 121, de sorte que tout mouvement de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 induise, notamment sur cette zone 123, un étirement de la membrane déformable 12. Ainsi dans l’exemple illustré sur la , lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité de sorte à se déplacer vers le haut (comme illustré par les deux flèches s’étendant depuis la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11), une diminution de la pression externe exercée sur le milieu déformable 14 est observée, qui induit l’étirement de la membrane déformable 12 vers le bas, i.e. vers le centre de la cavité 13. Notons ici que cette solidarisation entre le transducteur électromécanique 11 et la membrane déformable 12 n’est que préférentielle pour le microsystème électromécanique 1 représenté sur la , dans la mesure où la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 est destinée à appuyer sur la membrane déformable 12 lorsque le transducteur électromécanique 11 est sollicité et/ou dans la mesure où la membrane déformable 12 a naturellement tendance à rester au contact de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 lorsque ce dernier n’appuie pas sur la membrane déformable 12.
La illustre le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11. Le transducteur électromécanique 11 y prend la forme d’un anneau d’étendue radiale notée R2 et définit une zone libre 121 circulaire de rayon noté R1. Notons que le transducteur électromécanique 11 n’est pas limité à une forme annulaire, mais peut prendre d’autres formes, et notamment une forme oblongue ou ovale, une forme triangulaire, rectangulaire, etc. définissant une pluralité correspondante de formes de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. Cette illustration vaut en particulier pour une structure à symétrie de rotation ou de révolution. Néanmoins, une illustration correspondante pour une structure symétrique par rapport à un plan perpendiculaire et centré par rapport à la coupe de la zone libre 121 pourrait pareillement être fournie qui consisterait notamment en la représentation de trois bandes adjacentes deux à deux dont la bande centrale représenterait la zone libre 121 de la membrane déformable 12 et dont les bandes latérales représenteraient la partie mobile du ou des transducteurs électromécaniques 11 impliqués.
Notamment lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, il est intéressant que la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 présente une surface au moins 2 fois supérieure à la surface de la zone libre 121 de la membrane déformable 12. La membrane déformable 12 est dès lors configurée de sorte que sa zone libre 121 soit capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 µm, d’environ 100 µm, voire de plusieurs centaines de µm.
De manière générale, la membrane déformable 12 est de préférence configurée de sorte que sa zone libre 121 soit capable de se déformer avec une amplitude inférieure à 1mm.
L’amplitude de déformation de la zone libre 121 est mesurée selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel s’étend principalement la face externe 12e de la membrane 12 au repos.
Sans se déchirer et/ou sans usure significative, le microsystème électromécanique 1 permet une amplification hydraulique de l’actionnement et offre ainsi la capacité à satisfaire de nombreuses et diverses applications nécessitant un grand débattement. Dans ce contexte, le microsystème électromécanique 1 illustré sur la peut être défini comme un actionneur à grand débattement ascendant et le microsystème électromécanique 1 illustré sur la peut être défini comme un actionneur à grand débattement descendant.
Egalement lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, mais en référence aux figures 2A et 2B discutées plus en détails ci-dessous, le transducteur électromécanique 11 peut plus particulièrement comprendre un support 305, également désigné poutre 305, et un élément piézoélectrique 302 à base de PZT, ce dernier étant configuré pour induire une déflection du support 305. Le terme poutre 305 ne limite pas la forme du support 305. Dans cet exemple, la poutre 305 forme un anneau. L’épaisseur de l’élément piézoélectrique 302 peut être sensiblement égale à 0,5 µm et l’épaisseur de la poutre 305 est par exemple comprise entre quelques µm et plusieurs dizaines de µm, par exemple 5 µm.
Toujours lorsque le recouvrement partiel de la membrane déformable 12 par le transducteur électromécanique 11 est tel qu’illustré sur la et que le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT, le rayon R1 de la zone libre 121 de la membrane déformable 12 peut être sensiblement égal à 100 µm et l’étendue radiale R2 du transducteur électromécanique 11 (typiquement son rayon s’il est circulaire) peut être sensiblement égal à 350 µm. Les références R1 et R2 sont illustrées en . Dans une telle configuration, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 peut être déplacée ou défléchie avec une amplitude par exemple sensiblement égale à 15 µm en étant parcouru par une tension électrique par exemple sensiblement égale à 10 V pour une épaisseur de poutre 305 de l’ordre de 5 µm et une épaisseur de PZT de l’ordre de 1 µm.
A noter que, dans sa position d’équilibre, la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11, et plus généralement le transducteur électromécanique 11, peut ne pas être plat, mais peut au contraire présenter une déflexion, dite à l’équilibre, qui n’enlève rien, en termes d’amplitude, à la capacité de déplacement ou de déflexion du transducteur électromécanique 11 alimenté électriquement.
L’invention n’est toutefois pas limitée aux différentes valeurs spécifiques données ci-dessus qui peuvent être largement adaptées, en fonction de l’application visée, notamment pour trouver un compromis entre facteur d’étirement et amplitude de déformation attendue de la zone libre 121 de la membrane déformable 12.
Notons que, notamment lorsque le transducteur électromécanique 11 est un transducteur piézoélectrique, le transducteur électromécanique 11 peut avantageusement être un transducteur à fonctionnement vibratoire. Sa fréquence de résonance est alors de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieures à 1 kHz. La dynamique vibratoire ainsi obtenue peut permettre d’atteindre des débattements plus grands qu’en fonctionnement statique, notamment en exploitant le phénomène de résonance afférent ou de diminuer la consommation du microsystème électromécanique pour un débattement donné.
Comme déjà mentionné plus haut, le microsystème électromécanique 1 peut comprendre en outre une ou plusieurs butées latérales 15 supportées par la première paroi 131 de la cavité 13. Chaque butée latérale 15 s’étend plus particulièrement à l’opposé de la cavité 13. Par exemple, chaque butée latérale 15 s’étend depuis une partie non mobile du transducteur électromécanique 11.
Chaque butée latérale 15 peut en outre avoir une action de maintien en position d’une partie non mobile du transducteur électromécanique 11, ladite partie non mobile étant complémentaire de la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11.
A l’opposé d’une partie au moins de la ou de chaque butée latérale 15 relativement à la membrane déformable 12, au moins un espaceur 306, tel qu’illustré schématiquement sur les figures 1A et 1B, peut s’étendre dans la cavité 13 ou en constituant une partie de la paroi latérale 133 de la cavité 13. Un tel espaceur 306 permet de prendre en sandwich, conjointement avec la butée ou chaque butée latérale 15, la partie non mobile du transducteur électromécanique 11, par exemple sur une partie au moins de son pourtour extérieur, de sorte à renforcer le maintien en position cette partie non mobile.
Par exemple, comme illustré sur les figures 2A et 2B, l’action de maintien de la partie non mobile du transducteur électromécanique 11 peut plus particulièrement être assurée par sa mise en prise entre les deux butées latérales 15, et notamment celle située vers une partie centrale du microsystème 1, et l’espaceur 306, tel qu’illustré sur les figures 2A et 2B, qui matérialise la paroi 133 latérale de la cavité 13 ; en ce sens, l’espaceur 306 s’étend de préférence vers la partie centrale du microsystème 1 au moins jusqu’au droit de la surface de la butée latérale 15 la plus proche de la partie centrale du microsystème 1, de la façon équivalente à ce qui est illustré sur les figures 1A et 1B.
Relativement à cette ou ces butées latérales 15, le pion 122 peut s’étendre, à l’opposé de la cavité 13, au-delà (Cf. ) ou en deçà (Cf. ). Au moins une butée latérale 15 peut également être configurée pour permettre le guidage et l’auto-positionnement de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1. Elle contribue encore à limiter, voire à annihiler, le risque d’arrachement de la membrane déformable 12 lors du report de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1. Notons ici que, dépendant de l’étendue de l’organe externe 2, au moins une butée latérale 15 peut également jouer le rôle de butée haute limitant le rapprochement de l’organe externe 2 vers le microsystème électromécanique 1.
Cette particularité peut également permettre d’induire une désolidarisation du pion 122 et de l’organe externe 2 entre eux en tirant le pion 122 dans une position plus basse que celle possiblement atteinte par l’organe externe 2 du fait que ce dernier bute sur le haut de la butée latérale 15. Plus précisément, la butée latérale 15 présente une surface de butée configurée pour stopper le déplacement de l’organe 2. Le microsystème électromécanique 1 est configuré de sorte à ce que lorsque le déplacement de l’organe 2 est stoppé dans son déplacement, selon un sens donné, par la butée latérale 15, le pion 122 peut poursuivre son déplacement, dans ce même sens. Le pion 122 se désolidarise ainsi de l’organe 2.
Comme illustré sur chacune des figures 1A et 1B, le microsystème électromécanique 1 peut comprendre en outre une ou plusieurs butées dites basses 16 supportées par la paroi 132 de la cavité 13 qui est opposée à la paroi 131 formée au moins en partie par la membrane déformable 12 et s’étendant dans la cavité 13 vers la zone libre 121 de la membrane 12. Cette butée basse 16 présente de préférence une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre 121 de la membrane 12 de sorte à protéger la membrane 12, et plus particulièrement sa zone libre 121, d’un éventuel arrachement, notamment lors du report de l’organe externe 2 sur le microsystème électromécanique 1.
De manière alternative ou cumulée, la butée basse 16 peut être conformée de sorte à limiter la surface de contact entre la membrane 12 et la paroi 132 de la cavité 13 opposée à la zone libre 121 de la membrane 12 déformable. Cela permet d’éviter que la membrane 12 n’adhère et ne se colle à cette paroi 132.
Des modes de réalisation de l’invention plus spécifiques que ceux décrits ci-dessus sont illustrés sur les figures 2A et 2B sur lesquelles les mêmes références que sur les figures 1A et 1B référencient les mêmes objets.
On y observe tout d’abord que chaque transducteur électromécanique 11 illustré comprend une poutre 305 et un matériau piézoélectrique 302 configuré pour déformer la poutre 305 lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.
Une comparaison entre les figures 2A et 2B montre que le matériau piézoélectrique 302 peut être situé d’un côté ou de l’autre d’une fibre neutre de l’ensemble constituant le transducteur électromécanique 11. C’est grâce à cette alternative qu’un matériau piézoélectrique ferroélectrique dont la déformation est de préférence indépendante de la polarisation du courant électrique le parcourant permet tout de même de déformer la poutre 305 dans un sens ou dans l’autre.
Plus particulièrement, sur la , le matériau piézoélectrique 302 est situé sous la poutre 305, et donc sous la fibre neutre de l’ensemble, c’est-à-dire qu’il est situé entre la poutre 305 et la membrane 12. Lorsqu’une tension électrique est appliquée sur le matériau piézoélectrique 302, il se rétracte et entraîne avec lui la poutre 305. Une extrémité libre 305a de la poutre se courbe vers le bas, entraînant avec elle une partie de la zone 123 de la membrane 12 qui est liée à la poutre 305. Par conservation de volume, la zone libre 121 de la membrane 12 se déplace quant à elle vers le haut, entraînant alors avec elle le déplacement vers le haut du pion 122. Ce cas de figure correspond à celui illustré en . Une autre extrémité 305b de la poutre 302 reste de préférence fixe. Cette autre extrémité 305b, est par exemple solidaire d’une paroi fixe de la cavité 13 qui est constituée de l’espaceur 306 et/ou de la butée latérale 15 situés en regard l’un de l’autre. En ce sens, on peut prévoir que la butée latérale 15 forme tout ou partie d’un capot du microsystème électromécanique 1, le capot ayant pour rôle d’assurer la mise en prise de l’extrémité 305b de la poutre 302.
Sur la , le matériau piézoélectrique 302 est situé au-dessus de la poutre 305 c’est-à-dire que la poutre 305 est située entre le matériau piézoélectrique 302 et la membrane 12. Lorsqu’une tension est appliquée sur le matériau piézoélectrique 302, il se rétracte et entraîne avec lui la poutre 305. Une extrémité libre 305a de la poutre fléchit alors vers le haut, tirant avec elle une partie de la zone 123 de la membrane 12 qui est liée à la poutre 305. Par conservation de volume, la zone libre 121 de la membrane se déplace quant à elle vers le bas, entraînant alors avec elle le déplacement vers le bas du pion 122. Ce cas de figure correspond à celui illustré en .
On observe également sur les figures 2A et 2B, les différentes hauteurs que peuvent présenter le pion 122 relativement à la hauteur des butées latérales 15. On n’y observe encore que les butées latérales 15 et les butées basses 16, et/ou leur section, peuvent prendre différentes formes, et notamment une forme parallélépipédique, une forme tronconique, une forme sensiblement pyramidale, etc.
On observe en outre, sur les figures 2A et 2B, que la partie mobile 111 du transducteur électromécanique 11 peut être définie par l’étendue du matériau piézoélectrique 302 relativement à l’étendue de la poutre 305.
Sur les figures 2A et 2B, des ouvertures d’accès pour une connexion électrique des électrodes sont représentées. Ces ouvertures forment dans ces exemples des via 17. Dans cet exemple, les vias 17 traversent toute l’épaisseur de la poutre 305 et toute l’épaisseur entre les butées latérales 15. Notons ici que les butées latérales telles qu’illustrées sur les figures 2A et 2B peuvent former chacune un anneau et ménager entre elles un via 17 prenant lui-même la forme d’un anneau ; en alternative, les butées latérales 15 peuvent également ne former qu’un seul anneau dans l’épaisseur duquel au moins un via 17, par exemple de forme cylindrique, serait formé. L’épaisseur e305de la poutre 302 est mesurée selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel s’étend principalement les faces 12e et 12i de la membrane 12 au repos. L’épaisseur e305est référencée en figures 2A et 2B.
Les figures 2A et 2B illustrent plus particulièrement des troisième et quatrième modes de réalisation de l’invention qui ont été obtenus par des étapes de dépôt et de gravure pouvant être qualifiées comme ordinaires dans le domaine de la microélectronique. Plus particulièrement, le microsystème électromécanique 1 selon le troisième mode de réalisation illustré sur la a été obtenu par la succession d’étapes illustrées par les figures 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A et 9A et le microsystème électromécanique 1 selon le quatrième mode de réalisation illustré sur la a été obtenu par la succession d’étapes illustrées par les figures 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B et 9B. Ainsi, deux procédés de fabrication sont illustrés qui mènent chacun à l’un des microsystèmes électromécaniques 1 illustrés sur les figures 2A et 2B.
Ces procédés de fabrication ont au moins en commun de comprendre :
- une étape de formation de ce qui est destiné à constituer une portion au moins du transducteur électromécanique 11 sur un substrat 200, puis
- une étape de dépôt de la membrane déformable 12, puis
- une étape de formation d’une cavité 13 ouverte sur la membrane déformable 13, puis
- une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la cavité 13, et
- une étape de gravure du substrat 200 pour former la face avant des microsystèmes électromécaniques illustrés sur les figures 2A et 2B.
Nous décrivons ci-dessous successivement chacun des procédés de fabrication susmentionnés, en commençant par le procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la .
La première étape de ce procédé est illustrée sur la . Elle consiste à fournir un substrat 200 sur lequel un empilement de couches s’étend qui peut comprendre successivement, depuis une face du substrat 200 :
- une première couche isolante 201, par exemple à base d’oxyde de silicium, pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD, pourPlasma- Enhanced Chemical Vapor Depositionen anglais),
- une couche 202 destinée à constituer la poutre 305 du transducteur électromécanique 11, cette couche 202 étant par exemple à base de silicium amorphe, polycristallin ou monocristallin, et pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglaischemical vapor deposition) à pression sous-atmosphérique (ou LPCVD), ou par utilisation d’une structure de type SOI (pourSilicon On Insulatorou, en français, silicium sur isolant),
- une deuxième couche isolante 203, par exemple à base d’oxyde de silicium et pouvant être déposée par PECVD,
- une couche 204 destinée à constituer une électrode dite inférieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour l'anglaisphysical vapor depos i tion),
- une couche 205 en un matériau piézoélectrique, par exemple à base de PZT, et pouvant être déposée par un procédé sol gel, et
- une couche 206 destinée à constituer une électrode dite supérieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD.
La deuxième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend :
- une gravure de la couche 206 de sorte à former l’électrode supérieure 301 du transducteur électromécanique 11,
- une gravure de la couche 205 de sorte à former les éléments piézoélectriques 302 du transducteur électromécanique 11, et
- une gravure de la couche 204 de sorte à former l’électrode inférieure 303 du transducteur électromécanique 11.
Notons que chacune de ces gravures peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La troisième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend :
- le dépôt d’une couche de passivation 207, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD,
- l’ouverture, à travers la couche de passivation 207, d’une zone de reprise de contact par électrode, cette ouverture étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide,
- le dépôt d’une couche destinée à constituer une ligne électrique 304 par électrode, la couche étant par exemple à base d’or et pouvant être déposée par PVD, et
- une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former une ligne électrique 304 par électrode, cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La quatrième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend le dépôt d’une couche 208 à base d’un polymère et destinée à constituer la membrane déformable 12. Cette couche 208 est par exemple déposée par enduction centrifuge (ou spin coating en anglais). Le polymère à base duquel la couche 208 est constituée est par exemple à base de PDMS.
La cinquième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend la formation d’au moins un espaceur 306 destiné à constituer au moins une partie de ladite au moins une paroi 133 latérale de la cavité 13. La formation du ou des espaceurs peut comprendre le laminage d’un matériau photosensible à base duquel le ou les espaceurs sont constitués, l’insolation, puis le développement du matériau photosensible. Ledit matériau photosensible peut être à base d’un polymère, et notamment à base de Siloxane. Le laminage du matériau photosensible peut comprendre le laminage d’un film sec dudit matériau.
La sixième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Selon un mode de réalisation optionnelle, cette étape comprend le dépôt de colle 210 au sommet de chaque espaceur 306, ce dépôt pouvant être réalisé par sérigraphie ou par dispense. Elle comprend la fixation, par exemple le collage, sur le sommet du ou des espaceurs (éventuellement par l’intermédiaire de la colle 210), d’un second substrat 211 pouvant être structuré de sorte à comprendre au moins l’un parmi un évent traversant 212 et une butée basse 16 telle que décrite ci-dessus. Dans un mode de réalisation alternatif, selon la nature de l’espaceur, celui-ci peut jouer le rôle de colle. À l’issue de cette sixième étape, la cavité 13 est formée qui est ouverte par au moins un évent traversant 212.
La septième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend le remplissage, de préférence sous vide, de la cavité 13 avec le milieu déformable 14 tel que décrit ci-dessus, par exemple par dispense à travers l’évent traversant 212. Elle comprend également la fermeture étanche de l’évent traversant 212, par exemple par dispense d’un matériau de scellement 213 à l’embouchure de chaque évent traversant 212, le matériau de scellement 213 étant par exemple à base d’une colle époxy.
Une étape additionnelle permet d’obtenir le microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la . Elle comprend la gravure du substrat 200, puis la gravure de la couche 202 et des couches isolantes 201, 203, de sorte à former au moins une poutre 305 du transducteur électromécanique 11, à exposer une partie de la membrane déformable 12 et à constituer tout ou partie du pion 122 et des éventuelles butées latérales 15. Cette étape additionnelle peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
Notons que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la , le pion 122 prend la forme d’un empilement s’étendant directement depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 201, le matériau constituant la poutre 305, le matériau de la couche isolante 203 et le matériau constituant le substrat 200. Notons également que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la , les éventuelles butées latérales 15 prennent chacune la forme d’un empilement s’étendant, directement ou indirectement, depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 201, le matériau constituant la poutre 305, le matériau de la couche isolante 203 et le matériau constituant le substrat 200.
Le procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est décrit ci-dessous.
La première étape de ce procédé est illustrée sur la . Elle consiste à fournir un substrat 400 sur lequel un empilement de couches s’étend qui peut comprendre successivement, depuis une face du substrat 400 :
- une première couche isolante 401, par exemple à base d’oxyde de silicium, pouvant être déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par PECVD,
- une couche 402 destinée à constituer une électrode dite inférieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD,
- une couche 403 en un matériau piézoélectrique, par exemple à base de PZT, et pouvant être déposée par un procédé sol gel, et
- une couche 404 destinée à constituer une électrode dite supérieure, par exemple à base de platine et pouvant être déposée par PVD.
La deuxième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend :
- une gravure de la couche 404 de sorte à former l’électrode supérieure 301 du transducteur électromécanique 11,
- une gravure de la couche 403 de sorte à former les éléments piézoélectriques 302 du transducteur électromécanique 11, et
- une gravure de la couche 402 de sorte à former l’électrode inférieure 303 du transducteur électromécanique 11.
Notons que chacune de ces gravures peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La troisième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend :
- le dépôt d’une couche de passivation 405, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD,
- l’ouverture, à travers la couche de passivation 405, d’une zone de reprise de contact par électrode, cette ouverture étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide,
- le dépôt d’une couche destinée à constituer une ligne électrique 304 par électrode, la couche étant par exemple à base d’or et pouvant être déposée par PVD,
- une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former une ligne électrique 304 par électrode, cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide, puis
- le dépôt d’une couche de passivation 406, par exemple à base d’oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium, pouvant être déposée par PECVD.
La quatrième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend le dépôt d’une couche destinée à constituer la poutre 305 du transducteur électromécanique 11, cette couche étant par exemple à base de silicium amorphe et pouvant être déposée par PVD. Elle peut comprendre ensuite une étape de planarisation de la couche précédemment déposée. Elle comprend ensuite une gravure de la couche précédemment déposée de sorte à former au moins une poutre 305 du transducteur électromécanique 11. Cette gravure étant réalisée par exemple par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
La cinquième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend :
- le dépôt d’une couche 407 à base d’un polymère et destinée à constituer la membrane déformable 12 ; Cette couche 407 est par exemple déposée par enduction centrifuge (ouspin coatingen anglais). Le polymère à base duquel la couche 407 est constituée est par exemple à base de PDMS, et
- la formation d’au moins un espaceur 306 destiné à constituer au moins une partie de ladite au moins une paroi 133 latérale de la cavité 13.
La formation du ou des espaceurs 306 peut comprendre le laminage d’un matériau photosensible à base duquel le ou les espaceurs sont constitués, l’insolation, puis le développement du matériau photosensible. Ledit matériau photosensible peut être à base d’un polymère, et notamment à base de Siloxane. Le laminage du matériau photosensible peut comprendre le laminage d’un film sec dudit matériau.
La sixième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend, le cas échéant, le dépôt de colle 408 au sommet de chaque espaceur 306. Selon un exemple optionnel, ce dépôt peut être réalisé par sérigraphie ou par dispense. Elle comprend le collage, sur le sommet du ou des espaceurs 306 (éventuellement par l’intermédiaire de la colle 408), d’un second substrat 411 pouvant être structuré de sorte à comprendre au moins l’un parmi un évent traversant 412 et une butée basse 16 telle que décrite ci-dessus. Dans un mode de réalisation alternatif, selon la nature de l’espaceur, celui-ci peut jouer le rôle de colle. À l’issue de cette sixième étape, la cavité 13 est formée qui est ouverte par au moins un évent traversant 412.
La septième étape du procédé de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la est illustrée sur la . Elle comprend le remplissage, de préférence sous vide, de la cavité 13 avec le milieu déformable 14 tel que décrit ci-dessus, par exemple par dispense à travers l’au moins un évent traversant 212. Elle comprend également la fermeture étanche de l’au moins un évent traversant 212, par exemple par dispense d’un matériau de scellement 213 au moins à l’embouchure de chaque évent traversant 212, le matériau de scellement 213 étant par exemple à base d’une colle époxy.
Une étape additionnelle permet d’obtenir le microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la . Elle comprend la gravure du substrat 400, puis la gravure de la couche isolante 401, de sorte à exposer une partie de la membrane déformable 12 et à constituer tout ou partie du pion 122 et des éventuelles butées latérales 15. Cette étape additionnelle peut être réalisée par lithographie, et préférentiellement par gravure au plasma, ou par voie chimique humide.
Notons que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la , le pion 122 prend la forme d’un empilement s’étendant directement depuis la membrane déformable 12 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 401 et le matériau constituant le substrat 400. Notons également que, suite aux étapes décrites ci-dessus de fabrication du microsystème électromécanique 1 tel qu’illustré sur la , les éventuelles butées latérales 15 prennent chacune la forme d’un empilement s’étendant, directement ou indirectement, depuis la poutre 305 à l’opposé de la cavité 13 en présentant successivement le matériau de la couche isolante 401 et le matériau constituant le substrat 400.
Un autre aspect de l’invention concerne un système opto-électro-mécanique 3 tel qu’illustré sur les figures 10, 11A et 11B. Il peut s’agir d’un microsystème opto-électro-mécanique 3. Chacun des microsystèmes opto-électro-mécaniques 3 illustrés sur ces figures comprend au moins un microsystème électromécanique 1 tel que décrit ci-dessus et au moins un microsystème optique 31. Ledit au moins un microsystème électromécanique 1 est de préférence monté sur un support 32 du microsystème opto-électro-mécanique 3. Ledit au moins un microsystème optique 31 peut comprendre un micro-miroir à base de silicium, dont la surface est le cas échéant surmontée d’au moins un miroir. Il peut être monté directement sur ledit au moins un microsystème électromécanique 1 ou y être monté par l’intermédiaire d’un cadre 33. Il peut présenter des dimensions sensiblement égales à 2 mm x 5 mm et/ou, au maximum, une épaisseur d’environ 700 µm. Les microsystèmes opto-électro-mécaniques 3 tels qu’illustrés comprennent chacun quatre microsystèmes électromécaniques 1 présentant chacun une zone libre 121 agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique 31. On obtient ainsi un microsystème opto-électro-mécanique 1 bénéficiant d’une large capacité d’adaptation de son orientation optique.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Notamment, d’autres applications que celles décrites ci-dessus sont envisageables. Par exemple, le microsystème électromécanique 1 peut être agencé dans une micropompe, voire dans un système à tableau de micropompes, dans un système haptique.
Claims (24)
- Microsystème électromécanique (1) comprenant :
- au moins un transducteur électromécanique (11) comprenant une partie mobile (111) entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation,
- au moins une membrane déformable (12),
- une cavité (13) déformable, délimitée par des parois (131, 132, 133), au moins une partie de la membrane déformable (12) formant au moins une partie d’une première paroi (131) prises parmi lesdites parois (131, 132, 133) de la cavité (13), la cavité (13) étant configurée pour contenir hermétiquement un milieu déformable (14) propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe exercée sur le milieu déformable (14) à travers l’une paroi des parois (131, 132, 133) de la cavité (13),
dans lequel ladite au moins une partie de la membrane déformable (12) présente au moins une zone libre (121) de se déformer en fonction dudit changement de pression externe,
ladite au moins une zone libre (121) étant configurée pour coopérer avec un organe externe (2) de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe (2). - Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la zone libre (121) de la membrane déformable (12) est configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), de préférence au contact de ladite zone libre (121).
- Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pion (122) est fixé au centre de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le pion (122) est configuré pour pouvoir être solidarisé avec l’organe externe (2) par collage ou magnétisme.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie du transducteur électromécanique (11) forme une partie de ladite première paroi (131) de la cavité (13).
- Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le transducteur électromécanique (11) s’étend, directement ou indirectement,sur la membrane déformable (12), et de préférence autour de la zone libre (121) de la membrane déformable.
- Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le transducteur électromécanique (11) entoure entièrement la zone libre (121) de la membrane déformable (12), le transducteur électromécanique (11) présentant une forme annulaire dont le centre circulaire définit l’étendue de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile (111) de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) et dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte qu’un accroissement de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) induise une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) tendant à éloigner l’organe externe (2) d’au moins une deuxième paroi (132, 133) de la cavité (13), la deuxième paroi (132, 133) étant différente de la première paroi (131) et restant fixe lorsque la membrane déformable (12) se déforme.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est configuré de sorte qu’un mouvement de sa partie mobile (111) de sa position d’équilibre à sa position hors équilibre induise une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) et dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte qu’une diminution de la pression externe agissant sur le milieu déformable (14) induise une déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) tendant à rapprocher l’organe externe (2) d’au moins une deuxième paroi (132, 133) de la cavité (13) , la deuxième paroi (132, 133) étant différente de la première paroi (131) et restant fixe lorsque la membrane déformable (12) se déforme.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) est solidaire d’une zone (123) de la membrane déformable (12) adjacente à la zone libre (121) de la membrane déformable (12), de sorte qu’un mouvement de la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) induise un mouvement correspondant de ladite zone (123) de la membrane déformable (12) adjacente à sa zone libre (121).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie mobile (111) du transducteur électromécanique (11) présente une surface au moins deux fois supérieure à une surface de la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la membrane déformable (12) est configurée de sorte que sa zone libre (121) est capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 µm, voire d’au moins 100 µm, selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s’étend principalement lorsqu’elle est au repos.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une butée latérale (15), de préférence supportée par ladite première paroi (131) de la cavité (13), configurée pour guider le mouvement de l’organe externe (2).
- Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel, la zone libre (121) de la membrane déformable (12) étant configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), le pion (122) s’étend depuis la zone libre (121) de la membrane déformable (12) au-delà de ladite au moins une butée latérale (15).
- Microsystème électromécanique (1) selon la revendication 13, dans lequel, la zone libre (121) de la membrane déformable (12) étant configurée pour coopérer avec l’organe externe (2) via un pion (122) fixé sur ladite zone libre (121), le pion (122) s’étend depuis la zone libre (121) de la membrane déformable (12) en-deçà de ladite butée latérale (15).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une butée dite basse supportée par la paroi (132) de la cavité (13) opposée à la zone libre (121) de la membrane déformable (12), la butée basse (16) s’étendant dans la cavité (13) vers la zone libre (121) et présentant une forme et des dimensions configurées pour limiter la déformation de la zone libre (121) de la membrane déformable (12) ou limiter la surface de contact entre la membrane et la paroi (132) de la cavité (13) opposée à la zone libre (121) de la membrane déformable (12).
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur piézoélectrique, de préférence comprenant un matériau piézoélectrique à base de PZT.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur à fonctionnement statique.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transducteur électromécanique (11) est un transducteur à fonctionnement vibratoire à au moins une fréquence de résonance, ladite au moins une fréquence résonance étant de préférence inférieure à 100 kHz, et encore plus préférentiellement inférieure à 1 kHz.
- Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu déformable (14) contenu hermétiquement dans la cavité (13) comprend au moins un fluide, de préférence liquide.
- Système opto-électro-mécanique (3) comprenant au moins un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un microsystème optique (31).
- Système opto-électro-mécanique (3) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un microsystème optique (31) comprend au moins un miroir, de préférence à base de silicium, le système opto-électro-mécanique (3) étant configuré de sorte à ce que le mouvement de la partie mobile (111) du transducteur électromécanique provoque un déplacement de l'au moins un miroir.
- Système opto-électro-mécanique (3) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant une pluralité de microsystèmes électromécaniques (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 20 et présentant chacun une zone libre (121) agencée en vis-à-vis d’une partie d’un même microsystème optique (31)
- Procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, comprenant :
- une étape de formation, sur un substrat (200), d’une portion au moins d’au moins un transducteur électromécanique (11), puis
- une étape de dépôt de la membrane déformable (12), puis
- une étape de formation d’une cavité (13) ouverte sur la membrane déformable (12), puis
- une étape de remplissage avec le milieu déformable (14) et de fermeture de la cavité (12), et
- une étape de gravure du substrat (200) pour former une face avant (FAV) du microsystème électromécanique (1).
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