WO1996017172A1 - Integrated electrical discharge microactuator and microsystem comprising same - Google Patents

Integrated electrical discharge microactuator and microsystem comprising same Download PDF

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WO1996017172A1
WO1996017172A1 PCT/FR1995/001525 FR9501525W WO9617172A1 WO 1996017172 A1 WO1996017172 A1 WO 1996017172A1 FR 9501525 W FR9501525 W FR 9501525W WO 9617172 A1 WO9617172 A1 WO 9617172A1
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cavity
micro
electrodes
actuator according
gas
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PCT/FR1995/001525
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French (fr)
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Daniel Esteve
Pierre Bayle
Robert Caen
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F04B19/24—Pumping by heat expansion of pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/06—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped
    • F04F1/16—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped characterised by the fluid medium being suddenly pressurised, e.g. by explosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode

Definitions

  • the invention relates to an integrated micro-actuator and a microsystem comprising this micro-actuator.
  • Microsystems are devices of millimeter (fie the order of mm 2 ) or submillimetric dimensions formed by silicon chips assembled together either side by side, or by stacking on silicon wafers.
  • the microsystems include components having signal processing functions, components serving as a communication interface, components serving as sensors, and components serving as actuators.
  • components serving as a communication interface
  • components serving as sensors
  • components serving as actuators.
  • the publication "The technological issue of microsensors" BAILLIEU, DELAPIERRE and ESTEVE, LA RECHERCHE n ° 248, November 1992, vol. 23, pages 1238-1246, describes the main applications of microsystems and gives definitions of terms used in this field.
  • Components with signal processing or calculation or communication interface functions were the first to be manufactured in integrated form by micromachining of semiconductor material wafers. More recently, components acting as sensors have also been produced in integrated form.
  • the known icro-actuators are essentially formed by rotary or linear micromotors or by micropumps or motorized microswitches, and have so far only been partially integrated.
  • FR-A-2 650 534 describes a micropump comprising a pumping chamber delimited in a wafer made of a material capable of being machined by photolithographic processes and a piezoelectric pellet allowing to deform a wafer covering the pumping chamber.
  • a micropump cannot therefore be entirely manufactured by micro-machining and association of semi-material wafers conductors like chips or integrated circuits.
  • micromechanical pump of the thermopneumatic type comprising a cavity formed in a wafer of semiconductor material and inside which there is an electrical resistance.
  • This electrical resistance makes it possible to vary the temperature of the gas contained in the cavity, which generates deformations of the wall separating the cavity from the pumping chamber.
  • Such a micropump has a relatively high integration rate since the cavity and the electrical resistance can theoretically be manufactured by micromachining, in particular by photolithographic process.
  • microthermopump has several drawbacks, namely poor energy efficiency and poor dynamic performance (in particular low specific power and high response times) due to the thermal inertia of the resistance, a short longevity and poor reliability. due to the fragility of the electrical conductor forming the resistance.
  • the above publication also gives various examples of applications of microsystems in the field of microfluidics, and in particular: to form microsources of pressurized fluid (for example in inkjet printers); for the microdosing of fluids (for example by the administration of drugs); for in situ chemical analysis microsystems (for example for the control of industrial processes or the analysis of biological fluids in vivo) ...
  • Microsystems can also be the subject of a considerable number of applications in fields other than microfluidics, in particular in the fields of optoelectronics, micro-optics, micro-electronics, microthermics, micromechanics, micro-acoustics, microsources of energy ...
  • the invention therefore aims to overcome these drawbacks by proposing a micro-actuator which can be manufactured entirely integrated by a micro-machining process of plates made of material capable of being machined by photolithographic processes in the manner of semiconductor chips, which has a high energy efficiency and a high specific power, dynamic performance (in particular a response time) improved, a high solidity, and therefore a longevity and a reliability superior to those of known micro-actuators.
  • the invention aims to propose a micro-actuator which can be integrated and manufactured in a fully integrated microsystem.
  • the invention thus aims to propose a micro-actuator and a microsystem which can be manufactured industrially, collectively in large series, by micro-machining processes of wafers of semiconductor materials, in particular by photolithography, at a reasonable cost price. .
  • the invention relates to a integrated micro-actuator comprising a cavity containing a gas formed in the thickness of at least one layer of material capable of being machined by photolithographic process, characterized in that it comprises electrodes adapted to create an electric field inside of the cavity capable of creating an electrical discharge in the gas, each electrode being adapted to be able to be connected to an appropriate source of electrical energy, and an actuating device sensitive to the pressure and / or the speed of the gas in the cavity, this actuating device being associated with the cavity so as to be controlled by the variations in pressure and / or speed of the gas in the cavity resulting from the electric discharges created by the electrodes.
  • the motor member consists of the electrodes brought to a difference in electric potential capable of causing an electric discharge in the gas inside the cavity. Applying an appropriate potential difference between the electrodes creates an electric field in the gas, which causes an electric discharge to form.
  • This electrical discharge can have various characteristics depending on the value of the potential difference and the product of the pressure of the gas in the cavity by the distance separating the electrodes.
  • the electric discharge can thus be a Townsend discharge, a Streamer discharge, a luminescent or pseudo-luminescent type discharge, a spark discharge, an aborted arc discharge ...
  • the gas can be air or any other specific gas.
  • the electric discharge generates the ionization and the excitation of the gas in plasma, and modifications of the parameters of state of the neutral gas (temperature, density, pressure, speed ).
  • the movement of charged particles (electrons, positive ions and negative ions) towards the electrodes under the action of the electric field, is accompanied by energy transfer and momentum towards the neutral gas.
  • the electric shock causes the both pressure effects which arise from the increase in gas temperature, and kinetic effects (momentum transfers) which increase the speed of neutral particles.
  • the electric discharge causes an increase and temperature gradients which depend on the electric conditions (potential difference and intensity) of the discharge. This results in an increase in the average pressure and the appearance of local pressure gradients.
  • micro-actuator In a micro-actuator according to the invention, all these phenomena are used in combination or in isolation to control and activate the actuation device.
  • the electrodes are made of metallic conductive material, in particular tungsten, stainless steel, molybdenum, etc., and are toroidal, disc-shaped, or spherical or conical tips.
  • these electrodes can be manufactured by micromachining or deposition of metallization layers in the manner of integrated circuits. They may extend inside the cavity or be external to the cavity, incorporated into the thickness of a layer of material, or be coated with a layer of insulating or semiconductor material.
  • the electrodes comprise two main electrodes defining the electric field created in the cavity and one or more electrode (s) of intermediate focusing ⁇ ) arranged between the main electrodes and placed (s) at an intermediate electric potential.
  • Electric potential intermediate of each focusing electrode can be controlled independently of the electrical potential of the main electrodes (anode and cathode).
  • the actuating device of an icro-actuator can be a flexible membrane, one face of which constitutes an internal face of the cavity.
  • This flexible membrane is thus deformed by the effects of pressure and / or the kinetic effects resulting from the electric discharges created in the cavity.
  • the flexible membrane is formed of a residual thickness of the layer of material in which the cavity is formed.
  • the flexible membrane then constitutes a movable member whose movements can be used for various purposes.
  • the flexible membrane separates said cavity from a pumping chamber for a fluid.
  • the pumping chamber is adapted so that the volume of this pumping chamber varies as a function of the movements of the flexible membrane.
  • the flexible membrane therefore has the function of actuating the pumping chamber (which can be described as a hydraulic or pneumatic device).
  • the flexible membrane can also be used to actuate an electrical and / or magnetic and / or optical and / or mechanical device.
  • the electrodes are arranged to create an electric field extending at least substantially perpendicular to the flexible membrane. Consequently, the flexible membrane is mainly displaced under the effect of the electric wind created by the discharge in the axis of the electric field.
  • the electrodes are arranged to create an electric field extending at least substantially parallel to the flexible membrane.
  • the flexible membrane is displaced essentially by the pressure variation due to the increase in temperature generated by the electrical discharge in the cavity.
  • the cavity comprises an outlet mouth connected to a gas outlet pipe outside the cavity and at least one inlet mouth connected to a gas inlet pipe in the cavity, and the electrodes are arranged to create an electric field oriented at least substantially in the direction of the outlet mouth.
  • the electrodes comprise a main electrode disposed near the outlet mouth and another main electrode further away from the outlet mouth.
  • the outlet pipe defines with the outlet mouth or downstream of the outlet mouth a nozzle adapted to accelerate the gas stream coming from the outlet mouth and create a vacuum in at least one zone of the outlet pipe to the downstream of the outlet.
  • the nozzle can advantageously be in the form of a diverging convergent nozzle. Said actuating device associated with the cavity is then formed by this nozzle or nozzle which makes it possible to create a gas stream at the outlet.
  • the micro-actuator according to the invention comprises a secondary pipe connected to the outlet pipe downstream of the outlet mouth at least in the vicinity of a vacuum zone so as to form a vacuum pump.
  • the actuation device thus consists of a vacuum pump formed by a secondary pipe connected to an outlet pipe itself connected to an outlet mouth of the cavity.
  • the outlet mouth in the form of a diverging convergent nozzle or nozzle is capable of accelerating the movement of the gas in the outlet pipe by nozzle effect (Venturi) and of creating a vacuum in the zone of connection with the secondary pipe.
  • the secondary pipe can be connected to a chamber containing a gas whose pressure is reduced by the electric discharges created between the electrodes in said cavity. Indeed, the electric discharges generate an electric wind in the direction of the outlet. This electric wind is accelerated by the nozzle effect (Venturi) and creates a depression downstream of the outlet.
  • the pressure variations generated in the chamber connected to the secondary pipe can be used to actuate various hydraulic and / or pneumatic and / or electrical and / or magnetic and / or optical and / or mechanical devices ...
  • the chamber connected to the secondary pipe can be connected to a supply pipe through which a fluid can enter this chamber which serves as a sampling chamber.
  • Fluid analysis means for example a microsensor
  • the invention further relates to an integrated microsystem comprising at least one integrated electronic microsensor, integrated electronic means for processing the signal delivered by each microsensor, and at least one integrated micro-actuator according to the invention controlled by the integrated electronic processing means of the signal.
  • a microsystem according to the invention consists of a plurality of layers of semiconductor materials, in particular a plurality of chips arranged side by side or stacked.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a first variant of a first embodiment of a micro-actuator according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a second variant of the first embodiment of a micro-actuator according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view in section of a second embodiment of a micro-actuator according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a micro-actuator according to the first embodiment of the invention incorporated in a microsystem according to the invention
  • the micro-actuator is composed of three superposed layers 1, 2, 3 formed of a material capable of being machined by photolithographic process, for example silicon.
  • a cavity 4 is hollowed out.
  • an inlet pipe 5 and an outlet pipe 6 of gas are formed in the cavity 4.
  • These pipes 5, 6 are connected, optionally by means of passive microvalves or controlled, to a gas tank or to the atmosphere. They therefore constitute means 5, 6 for introducing gas into the cavity 4.
  • the micro-actuator can comprise means for measuring and / or controlling the gas pressure in the cavity 4 which can be produced in any known form in itself and not shown.
  • the cavity 4 is hollowed out in only part of the thickness of the middle layer 2 so as to leave a residual thickness in this layer 2 forming a flexible membrane 7, one face 8 of which constitutes the internal face of the cavity 4.
  • the conduits 5 , 6 are suitable, and in particular are sufficiently small, to allow the generation of forces on the membrane 7 by pressure effects and / or by kinetic effects.
  • the other opposite face 9 of the flexible membrane 7 is opposite a pumping chamber 10 formed hollow in the thickness of the lower layer 3.
  • This pumping chamber 10 is supplied with fluid by a supply line 11 and discharges the fluid through a discharge pipe 12. Passive or controlled microvalves for supply 24 and discharge 25 are provided interposed in the supply pipes 11 and, respectively, discharge 12.
  • the micro-actuator comprises a first main electrode 13, in particular an anode 13, represented in the form of a conical microtip but which may also consist of a disc or a sphere or have any other suitable shape, and which opens out from the lower face 14 of the upper layer 1 opposite the cavity 4 to the opposite of the flexible membrane 7.
  • the first electrode 13 is arranged at least substantially opposite the central portion of the flexible membrane 7.
  • a second main electrode 15, in particular a cathode 15, represented in the form of an O-ring, extends inside the cavity 4 in the vicinity of the flexible membrane 7.
  • the first electrode 13 is further from the flexible membrane than the second electrode 15.
  • the second electrode 15 can be connected to ground.
  • a focusing electrode 16 is placed between the first and the second electrodes, that is to say above the second electrode 15.
  • This focusing electrode 16 can be placed at an intermediate electrical potential which can be controlled independently of the potential of the main electrodes 13, 15. It is also in the form of a ring and is associated, like the second electrode 15, in the vicinity or on the peripheral walls 17 of the cavity 4 perpendicular to the general plane of the layers 1, 2, 3 .
  • the electrodes 15, 16 extend along the walls 17 of the cavity 4 and are therefore annular if this cavity 4 has a circular section.
  • the different electrodes 13, 15, 16 are electrically connected to an electronic device for controlling their electrical potential and which can be produced in the form of an integrated circuit or a chip formed on at least one of the layers 1, 2 , 3 of semiconductor material which can form a substrate for this integrated circuit.
  • the pressure of the gas in the cavity 4 and the electric voltage applied between the electrodes 13, 15, 16 are appropriately determined to create a controlled electrical discharge inside the cavity 4. In doing so, the flexible membrane 7 is moved , and the volume of the pumping chamber 10 is modified.
  • the movements of the flexible membrane 7 combined with those of the microvalves supply 24 and delivery 25 controlled or passive allow a fluid to circulate in the pumping chamber 10.
  • Such a device is for example applicable for producing an implanted device for injecting therapeutic substances, in the form of a microsystem integrated.
  • a first main electrode 13 is placed against a wall 17 of the cavity 14. and a second main electrode 15 consists of a metal ring extending against a vertical wall 17 opposite opposite the first electrode 13. Intermediate focusing electrodes 16 are provided associated with the vertical walls 17 between the main electrodes 13 and 15.
  • the micro-actuator is then a microcompressor of the thermopneumatic type. Under the action of the pulsed or alternating electric discharge generated between the electrodes, the gas in the cavity 4 is periodically heated. Under the action of these temperature variations, the pressure of the gas in the cavity 4 increases periodically and causes movements of the membrane 7.
  • the actuating device consists of a vacuum pump.
  • the inlet pipe 5 opens into the cavity 4 through an inlet mouth 18 advantageously provided with a passive or controlled microvalve 30.
  • This microvalve 30 makes it possible to prevent the backflow of hot gases during the explosion of the discharges and optimize the entry of gas into the cavity 4 according to the nature, in particular the frequency, of the discharges.
  • the cavity 4 has an outlet mouth 19.
  • the first main electrode (anode) 13 is placed in the cavity 4 opposite the inlet mouth 18 and is associated with the wall of the cavity 4 opposite to the outlet mouth 19.
  • the outlet mouth 19 is in the form of a neck or diverging convergent nozzle capable of accelerating the movement of the gas and of creating a depression in the zone 26 of the outlet pipe 6 by the so-called trompe-ejector effect . More specifically, the outlet pipe 6 defines with the outlet mouth 19 or downstream of the outlet mouth 19 a nozzle 27, 28, 29 adapted to accelerate the gas stream coming from the outlet mouth 19 and create a depression in at least one zone 26 of the outlet pipe 6 downstream of the outlet mouth 19.
  • This nozzle 27, 28, 29 is in the form of a diverging convergent nozzle, that is to say comprises a converging portion 27 connected to a wall 17 of the cavity 4, a cylindrical portion 28 connected to the convergent portion 27, then a diverging portion 29 and / or with abrupt widening connecting the cylindrical portion 28 to the outlet pipe 6.
  • the outlet mouth 19 carries the second main electrode (cathode ) 15 which is frustoconical and extends inside the cavity 4 against the converging portion 27. Electrodes 16 ′, 16 "of intermediate focusing are provided between the first electrode 13 and the second electrode 15. The electric field created Between the main electrodes 13, 15 is oriented in the direction of the outlet mouth 19.
  • Another acceleration electrode 20 is provided immediately downstream of the outlet mouth 19 so as to accelerate the charged particles which have not been collected to the second main electrode 15.
  • the acceleration electrode 20 is advantageously disposed in or at the level of the cylindrical portion 28 of the nozzle, downstream of the converging portion 27. Downstream of this acceleration electrode 20 and the nozzle 27, 28, 29, the outlet pipe 6 is connected to a secondary pipe 21 which opens laterally into the outlet pipe 6 and which is connected by a passive or controlled microvalve 22 to a chamber 23.
  • a passive or 34 which can be fully open, is also advantageously provided in the outlet pipe 6 downstream of the connection to the secondary pipe 21.
  • the chamber 23 is itself connected to a e supply line 31 through which a fluid can enter this chamber 23.
  • a passive or controlled microvalve 32 is interposed at the inlet of the chamber 23. Consequently, the micro-actuator according to the invention makes it possible to withdraw the fluid in the chamber 23 which can be provided with means for analyzing the fluid, for example in the form of at least one microsensor 36 associated with the wall of the chamber 23.
  • Integrated electronic means 37 for processing the signal delivered by each microsensor 36 can be provided, in a manner known per se. These means 37 are electrically connected to the microsensor 36 and are only shown schematically in FIG. 3. These means 37 also serve to control the micro-actuator and are then connected to the electrodes 13, 15, 16 to deliver the appropriate electrical voltage to them. This forms an integrated microsystem.
  • the microvalves 22 and 32 open to allow the circulation of the fluid towards the outlet pipe 6 under the effect of the electric discharges created inside the cavity 4.
  • the micro-actuator of FIG. 3 therefore makes it possible to generate a flow of gas in the outlet pipe 6.
  • the flow and speed characteristics of this gas flow depend in particular on the electrical discharges created inside the cavity 4, and therefore in particular on the electrical potential at which the different electrodes are placed.
  • the invention makes it possible to create and control the characteristics of a gas flow in a pipe 6 in a precise manner, with a high specific power and an extremely short response time (of the order of a nanosecond) and this by means of a simple electric voltage control.
  • FIG. 4 represents a cross section of a micro -actuator in accordance with Figure 1, integrated in a microsystem.
  • the micro-actuator is formed from three layers 1, 2, 3 stacked with material.
  • the cavity 4 is hollowed out in the intermediate layer 2.
  • the pumping chamber 10 is hollowed out in the lower layer 3 and the supply and discharge lines 11, 12 pass through the upper 1 and intermediate layers 2 to open into the pumping 10.
  • the electrodes 13, 15, 16 of the cavity 4 extend through the intermediate layer 2 and the upper layer 1 so as to present connection terminals to the upper face of the upper layer 1.
  • a vent 39 passes through the upper layer 1 to open into the cavity 4 for its gas supply and to provide a pressure reference.
  • the pumping chamber 10 is provided with at least one microsensor 35 which can be produced in any way known per se as a function of the characteristics to be measured in the fluid circulating in the pumping chamber 10 (temperature, pressure, flow rate, chemical analysis. ..).
  • the voltage signals supplying the electrodes can be continuous or pulse signals.
  • the various electrodes 13, 15, 16, 20 can be placed directly in contact with the gas or covered with a layer of semiconductor or insulator. They can also be incorporated within the material constituting the electrodes 1, 2, 3.
  • the potential differences applied between the different electrodes of the micro-actuator can be continuous, alternative or pulse depending on the type of electric discharge that one wishes to create in the cavity 4.
  • the electric discharges used can be of the luminescent or pseudo-luminescent type, sparking or aborted arc discharges ...

Landscapes

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Abstract

An integrated microactuator including a gas-containing cavity (4) within at least one layer (1, 2, 3) of photolithographically machinable material, electrodes (13, 15, 16) for generating an electric field inside the cavity (4) that can cause an electrical discharge in the gas, and an actuation device (7) sensitive to the gas pressure and/or velocity in the cavity (4), said actuation device (7) being connected to the cavity (4) in such a way that it is controlled by changes in the gas pressure and/or velocity resulting from the electrical discharges caused by the electrodes (13, 15, 16). An integrated microsystem including said microactuator is also disclosed.

Description

MICRO-ACTIONNEUR INTEGRE A DECHARGES ELECTRIQUES ET MICROSYSTEME COMPRENANT CE MICRO-ACTIONNEUR. INTEGRATED MICRO ACTUATOR WITH ELECTRIC SHOCK AND MICROSYSTEM INCLUDING THIS MICRO ACTUATOR.
L'invention concerne un micro-actionneur intégré et un microsysteme comprenant ce micro-actionneur.The invention relates to an integrated micro-actuator and a microsystem comprising this micro-actuator.
Les microsystèmes sont des dispositifs de dimensions millimétriques (fie l'ordre du mm2) ou submillimétriques formés de puces de silicium assemblées entre elles soit côte à côte, soit par empilement sur des plaques de silicium. Les microsystèmes comprennent des composants ayant des fonctions de traitement du signal, des composants faisant office d'interface de communication, des composants faisant office de capteurs, et des composants faisant office d ' actionneurs . Par exemple, la publication "L'enjeu technologique des microcapteurs", BAILLIEU, DELAPIERRE et ESTEVE, LA RECHERCHE n° 248, novembre 1992, vol. 23, pages 1238-1246, décrit les principales applications des microsystèmes et donne les définitions des termes utilisés dans ce domaine. Les composants ayant des fonctions de traitement du signal ou de calcul ou d'interface de communication ont été les premiers à être fabriqués sous forme intégrée par des procédés de micro-usinage de plaques de matériaux semi-conducteurs. Plus récemment, des composants faisant office de capteurs ont pu être également fabriqués sous forme intégrée.Microsystems are devices of millimeter (fie the order of mm 2 ) or submillimetric dimensions formed by silicon chips assembled together either side by side, or by stacking on silicon wafers. The microsystems include components having signal processing functions, components serving as a communication interface, components serving as sensors, and components serving as actuators. For example, the publication "The technological issue of microsensors", BAILLIEU, DELAPIERRE and ESTEVE, LA RECHERCHE n ° 248, November 1992, vol. 23, pages 1238-1246, describes the main applications of microsystems and gives definitions of terms used in this field. Components with signal processing or calculation or communication interface functions were the first to be manufactured in integrated form by micromachining of semiconductor material wafers. More recently, components acting as sensors have also been produced in integrated form.
Par contre, les icro-actionneurs connus sont essentiellement formés de micromoteurs rotatifs ou linéaires ou de micropompes ou de microcontacts motorisés, et ne sont jusqu'à maintenant que partiellement intégrés.On the other hand, the known icro-actuators are essentially formed by rotary or linear micromotors or by micropumps or motorized microswitches, and have so far only been partially integrated.
Ainsi, FR-A-2 650 534 décrit une micropompe comprenant une chambre de pompage délimitée dans une plaquette en une matière susceptible d'être usinée par des procédés photolithographiques et une pastille piézoélectrique permettant de déformer une plaquette recouvrant la chambre de pompage. Une telle micropompe ne peut donc pas être intégralement fabriquée par micro¬ usinage et association de plaquettes de matériaux semi- conducteurs à la façon des puces ou circuits intégrés.Thus, FR-A-2 650 534 describes a micropump comprising a pumping chamber delimited in a wafer made of a material capable of being machined by photolithographic processes and a piezoelectric pellet allowing to deform a wafer covering the pumping chamber. Such a micropump cannot therefore be entirely manufactured by micro-machining and association of semi-material wafers conductors like chips or integrated circuits.
La publication "Microfluidics - a revie ", Peter Cravesen et al, 1993, IOP Publishing Ltd, pages 169-182, recense les différents micro-actionneurs et microsystèmes connus dans le domaine de la microfluidique, et cite la possibilité théorique de concevoir des micropompes thermopneumatiques, piézoélectriques, électrohydro-dynamiques, ou électrostatiques.The publication "Microfluidics - a revie", Peter Cravesen et al, 1993, IOP Publishing Ltd, pages 169-182, lists the various micro-actuators and microsystems known in the microfluidics field, and cites the theoretical possibility of designing micropumps thermopneumatic, piezoelectric, electrohydro-dynamic, or electrostatic.
Toutes ces micropompes présentent cependant des performances dynamiques insuffisantes et une puissance massique trop faible. Egalement, elles sont complexes et hétérogènes et leur fabrication industrielle à grande échelle par micro-usinage est trop coûteuse ou même impossible pour des raisons technologiques. En particulier, la publication sus¬ mentionnée décrit une pompe micromécanique de type thermopneumatique (microthermopompe) comprenant une cavité ménagée dans une plaquette de matériau semi-conducteur et à l'intérieur de laquelle on dispose une résistance électrique. Cette résistance électrique permet de faire varier la température du gaz contenu dans la cavité, ce qui engendre des déformations de la paroi séparant la cavité de la chambre de pompage. Une telle microthermopompe présente un taux d'intégration relativement élevé puisque la cavité et la résistance électrique peuvent théoriquement être fabriquées par micro-usinage, notamment par procédé photolithographique. Néanmoins, une telle microthermopompe présente plusieurs inconvénients, à savoir un mauvais rendement énergétique et de faibles performances dynamiques (notamment une puissance massique faible et des temps de réponse élevés) dues à l'inertie thermique de la résistance, une faible longévité et une mauvaise fiabilité dues à la fragilité du conducteur électrique formant la résistance . La publication sus- entionnée donne aussi divers exemples d'applications des microsystèmes dans le domaine de la microfluidique, et notamment : pour former des microsources de fluide sous pression (par exemple dans des imprimantes à jets d'encre) ; pour le microdosage de fluides (par exemple par l'administration de médicaments) ; pour les microsystèmes d'analyse chimique in situ (par exemple pour le contrôle des procédés industriels ou l'analyse de fluides biologiques in vivo)...All these micropumps, however, have insufficient dynamic performance and too low a specific power. Also, they are complex and heterogeneous and their large-scale industrial manufacture by micromachining is too expensive or even impossible for technological reasons. In particular, the above-mentioned publication describes a micromechanical pump of the thermopneumatic type (microthermopump) comprising a cavity formed in a wafer of semiconductor material and inside which there is an electrical resistance. This electrical resistance makes it possible to vary the temperature of the gas contained in the cavity, which generates deformations of the wall separating the cavity from the pumping chamber. Such a micropump has a relatively high integration rate since the cavity and the electrical resistance can theoretically be manufactured by micromachining, in particular by photolithographic process. However, such a microthermopump has several drawbacks, namely poor energy efficiency and poor dynamic performance (in particular low specific power and high response times) due to the thermal inertia of the resistance, a short longevity and poor reliability. due to the fragility of the electrical conductor forming the resistance. The above publication also gives various examples of applications of microsystems in the field of microfluidics, and in particular: to form microsources of pressurized fluid (for example in inkjet printers); for the microdosing of fluids (for example by the administration of drugs); for in situ chemical analysis microsystems (for example for the control of industrial processes or the analysis of biological fluids in vivo) ...
Les microsystèmes peuvent aussi faire l'objet d'un nombre considérable d'applications dans d'autres domaines que la microfluidique, notamment dans les domaines de l'optoélectronique, de la micro-optique, de la micro-électronique, de la microthermique, de la micromécanique, de la micro-acoustique, des microsources d' énergie...Microsystems can also be the subject of a considerable number of applications in fields other than microfluidics, in particular in the fields of optoelectronics, micro-optics, micro-electronics, microthermics, micromechanics, micro-acoustics, microsources of energy ...
En conséquence, comme l'indique la publication sus-mentionnée, le besoin ressenti de disposer de micro-actionneurs et de microsystèmes intégrés, performants et fiables, reste à ce jour sans solution pratique malgré l'ancienneté et les performances des technologies de micro-usinage.Consequently, as indicated in the above-mentioned publication, the felt need for micro-actuators and integrated microsystems, efficient and reliable, remains to date without practical solution despite the age and performance of micro- machining.
L'invention vise donc à pallier ces inconvénients en proposant un micro-actionneur qui peut être fabriqué entièrement intégré par un procédé de micro¬ usinage de plaques en matière apte à être usinée par des procédés photolithographiques à la façon des puces de semi¬ conducteurs, qui présente un haut rendement énergétique et une grande puissance massique, des performances dynamiques (notamment un temps de réponse) améliorées, une grande solidité, et donc une longévité et une fiabilité supérieures à celles de micro-actionneurs connus.The invention therefore aims to overcome these drawbacks by proposing a micro-actuator which can be manufactured entirely integrated by a micro-machining process of plates made of material capable of being machined by photolithographic processes in the manner of semiconductor chips, which has a high energy efficiency and a high specific power, dynamic performance (in particular a response time) improved, a high solidity, and therefore a longevity and a reliability superior to those of known micro-actuators.
Egalement, l'invention vise à proposer un micro-actionneur qui peut être intégré et fabriqué dans un microsystème entièrement intégré.Also, the invention aims to propose a micro-actuator which can be integrated and manufactured in a fully integrated microsystem.
L'invention vise ainsi à proposer un micro- actionneur et un microsystème qui peuvent être fabriqués industriellement, collectivement en grande série, par des procédés de micro-usinage de plaquettes de matériaux semi¬ conducteurs, notamment par photolithographie, à un coût de revient raisonnable.The invention thus aims to propose a micro-actuator and a microsystem which can be manufactured industrially, collectively in large series, by micro-machining processes of wafers of semiconductor materials, in particular by photolithography, at a reasonable cost price. .
Pour ce faire, l'invention concerne un micro-actionneur intégré comprenant une cavité renfermant un gaz ménagée dans l'épaisseur d'au moins une couche de matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes adaptées pour créer un champ électrique à l'intérieur de la cavité apte à créer une décharge électrique dans le gaz, chaque électrode étant adaptée pour pouvoir être reliée à une source d'énergie électrique appropriée, et un dispositif d'actionnement sensible à la pression et/ou à la vitesse du gaz dans la cavité, ce dispositif d'actionnement étant associé à la cavité de façon à être commandé par les variations de pression et/ou de vitesse du gaz dans la cavité résultant des décharges électriques créées par les électrodes . Ainsi, dans un micro-actionneur selon l'invention, l'organe moteur est constitué des électrodes portées à une différence de potentiel électrique apte à provoquer une décharge électrique dans le gaz à 1 ' intérieur de la cavité. L'application d'une différence de potentiel appropriée entre les électrodes crée un champ électrique dans le gaz, qui provoque la formation d'une décharge électrique. Cette décharge électrique peut présenter diverses caractéristiques en fonction de la valeur de la différence de potentiel et du produit de la pression du gaz dans la cavité par la distance séparant les électrodes. La décharge électrique peut ainsi être une décharge de Townsend, une décharge de Streamer, une décharge du type luminescente ou pseudo-luminescente, une décharge d'étincelle, une décharge d'arc avorté... Le gaz peut être de l'air ou tout autre gaz spécifique. La décharge électrique engendre l'ionisation et l'excitation du gaz en plasma, et des modifications des paramètres d'état du gaz neutre (température, densité, pression, vitesse...). Le mouvement des particules chargées (électrons, ions positifs et ions négatifs) vers les électrodes sous l'action du champ électrique, est accompagné de transfert d'énergie et de quantité de mouvement vers le gaz neutre.To do this, the invention relates to a integrated micro-actuator comprising a cavity containing a gas formed in the thickness of at least one layer of material capable of being machined by photolithographic process, characterized in that it comprises electrodes adapted to create an electric field inside of the cavity capable of creating an electrical discharge in the gas, each electrode being adapted to be able to be connected to an appropriate source of electrical energy, and an actuating device sensitive to the pressure and / or the speed of the gas in the cavity, this actuating device being associated with the cavity so as to be controlled by the variations in pressure and / or speed of the gas in the cavity resulting from the electric discharges created by the electrodes. Thus, in a micro-actuator according to the invention, the motor member consists of the electrodes brought to a difference in electric potential capable of causing an electric discharge in the gas inside the cavity. Applying an appropriate potential difference between the electrodes creates an electric field in the gas, which causes an electric discharge to form. This electrical discharge can have various characteristics depending on the value of the potential difference and the product of the pressure of the gas in the cavity by the distance separating the electrodes. The electric discharge can thus be a Townsend discharge, a Streamer discharge, a luminescent or pseudo-luminescent type discharge, a spark discharge, an aborted arc discharge ... The gas can be air or any other specific gas. The electric discharge generates the ionization and the excitation of the gas in plasma, and modifications of the parameters of state of the neutral gas (temperature, density, pressure, speed ...). The movement of charged particles (electrons, positive ions and negative ions) towards the electrodes under the action of the electric field, is accompanied by energy transfer and momentum towards the neutral gas.
Ainsi, la décharge électrique provoque à la fois des effets de pression qui proviennent de l'augmentation de température du gaz, et des effets cinétiques (transferts de quantité de mouvement) qui augmentent la vitesse des particules neutres. En effet, la décharge électrique provoque une augmentation et des gradients de température qui dépendent des conditions électriques (différence de potentiel et intensité) de la décharge. Il en résulte une augmentation de la pression moyenne et l'apparition de gradients locaux de pression.So the electric shock causes the both pressure effects which arise from the increase in gas temperature, and kinetic effects (momentum transfers) which increase the speed of neutral particles. Indeed, the electric discharge causes an increase and temperature gradients which depend on the electric conditions (potential difference and intensity) of the discharge. This results in an increase in the average pressure and the appearance of local pressure gradients.
Par ailleurs, les collisions entre les particules chargées et les molécules neutres provoquent des transferts de quantité de mouvement principalement selon la direction du champ électrique, de sorte que la vitesse moyenne du gaz neutre dans la cavité augmente de façon anisotrope en créant, dans la direction du champ électrique, un mouvement convectif global qui peut être désigné sous le nom de "vent électrique" .Furthermore, collisions between charged particles and neutral molecules cause momentum transfers mainly along the direction of the electric field, so that the average speed of the neutral gas in the cavity increases anisotropically, creating in the direction of the electric field, a global convective movement which can be designated under the name of "electric wind".
Dans un micro-actionneur conforme à l'invention, tous ces phénomènes sont utilisés en combinaison ou isolément pour commander et activer le dispositif d'actionnement.In a micro-actuator according to the invention, all these phenomena are used in combination or in isolation to control and activate the actuation device.
Les électrodes sont en matériau conducteur métallique, notamment en tungstène, acier inoxydable, molybdène..., et sont de forme torique, de disques, ou de pointes sphériques ou coniques. Ainsi, ces électrodes peuvent être fabriquées par micro-usinage ou dépôt de couches de métallisation à la façon des circuits intégrés. Elles peuvent s'étendre à l'intérieur de la cavité ou être externes à la cavité, incorporées dans l'épaisseur d'une couche de matériau, ou être revêtues d'une couche de matériau isolant ou semi-conducteur.The electrodes are made of metallic conductive material, in particular tungsten, stainless steel, molybdenum, etc., and are toroidal, disc-shaped, or spherical or conical tips. Thus, these electrodes can be manufactured by micromachining or deposition of metallization layers in the manner of integrated circuits. They may extend inside the cavity or be external to the cavity, incorporated into the thickness of a layer of material, or be coated with a layer of insulating or semiconductor material.
Selon l'invention, les électrodes comportent deux électrodes principales définissant le champ électrique créé dans la cavité et une ou plusieurs électrode(s) de focalisation intermédiaire^) disposée(s) entre les électrodes principales et placée(s) à un potentiel électrique intermédiaire. Le potentiel électrique intermédiaire de chaque électrode de focalisation peut être piloté indépendamment du potentiel électrique des électrodes principales (anode et cathode).According to the invention, the electrodes comprise two main electrodes defining the electric field created in the cavity and one or more electrode (s) of intermediate focusing ^) arranged between the main electrodes and placed (s) at an intermediate electric potential. . Electric potential intermediate of each focusing electrode can be controlled independently of the electrical potential of the main electrodes (anode and cathode).
Le dispositif d'actionnement d'un icro- actionneur selon l'invention peut être une membrane souple dont une face constitue une face interne de la cavité. Cette membrane souple est ainsi déformée par les effets de pression et/ou les effets cinétiques résultant des décharges électriques créées dans la cavité. Avantageusement et selon l'invention, la membrane souple est formée d'une épaisseur résiduelle de la couche de matériau dans laquelle la cavité est ménagée. La membrane souple constitue alors un organe mobile dont les mouvements peuvent être utilisés à diverses fins. Par exemple, et selon l'invention, la membrane souple sépare ladite cavité d'une chambre de pompage d'un fluide. La chambre de pompage est adaptée pour que le volume de cette chambre de pompage varie en fonction des mouvements de la membrane souple. Dans ce cas, la membrane souple a donc pour fonction d'actionner la chambre de pompage (qui peut être qualifiée de dispositif hydraulique ou pneumatique). En variante ou en combinaison, la membrane souple peut également servir à actionner un dispositif électrique et/ou magnétique et/ou optique et/ou mécanique... Dans une première variante de l'invention, les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement perpendiculairement à la membrane souple. Dès lors, la membrane souple est principalement déplacée sous 1 ' effet du vent électrique créé par la décharge dans 1 ' axe du champ électrique.The actuating device of an icro-actuator according to the invention can be a flexible membrane, one face of which constitutes an internal face of the cavity. This flexible membrane is thus deformed by the effects of pressure and / or the kinetic effects resulting from the electric discharges created in the cavity. Advantageously and according to the invention, the flexible membrane is formed of a residual thickness of the layer of material in which the cavity is formed. The flexible membrane then constitutes a movable member whose movements can be used for various purposes. For example, and according to the invention, the flexible membrane separates said cavity from a pumping chamber for a fluid. The pumping chamber is adapted so that the volume of this pumping chamber varies as a function of the movements of the flexible membrane. In this case, the flexible membrane therefore has the function of actuating the pumping chamber (which can be described as a hydraulic or pneumatic device). As a variant or in combination, the flexible membrane can also be used to actuate an electrical and / or magnetic and / or optical and / or mechanical device. In a first variant of the invention, the electrodes are arranged to create an electric field extending at least substantially perpendicular to the flexible membrane. Consequently, the flexible membrane is mainly displaced under the effect of the electric wind created by the discharge in the axis of the electric field.
Dans une autre variante de l'invention, les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement parallèlement à la membrane souple. Dans ce cas, la membrane souple est déplacée essentiellement par la variation de pression due à l'augmentation de température générée par la décharge électrique dans la cavité. Dans un autre mode de réalisation et selon l'invention, la cavité comporte une bouche de sortie reliée à une conduite de sortie de gaz hors de la cavité et au moins une bouche d'entrée reliée à une conduite d'entrée de gaz dans la cavité, et les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique orienté au moins sensiblement dans la direction de la bouche de sortie.In another variant of the invention, the electrodes are arranged to create an electric field extending at least substantially parallel to the flexible membrane. In this case, the flexible membrane is displaced essentially by the pressure variation due to the increase in temperature generated by the electrical discharge in the cavity. In another embodiment and according to the invention, the cavity comprises an outlet mouth connected to a gas outlet pipe outside the cavity and at least one inlet mouth connected to a gas inlet pipe in the cavity, and the electrodes are arranged to create an electric field oriented at least substantially in the direction of the outlet mouth.
Selon l'invention, les électrodes comportent une électrode principale disposée à proximité de la bouche de sortie et une autre électrode principale plus éloignée de la bouche de sortie.According to the invention, the electrodes comprise a main electrode disposed near the outlet mouth and another main electrode further away from the outlet mouth.
En outre, la conduite de sortie définit avec la bouche de sortie ou en aval de la bouche de sortie un ajutage adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie et créer une dépression en au moins une zone de la conduite de sortie à l'aval de la bouche de sortie.In addition, the outlet pipe defines with the outlet mouth or downstream of the outlet mouth a nozzle adapted to accelerate the gas stream coming from the outlet mouth and create a vacuum in at least one zone of the outlet pipe to the downstream of the outlet.
L'ajutage peut être avantageusement en forme de tuyère convergente divergente. Ledit dispositif d'actionnement associé à la cavité est alors formé par cet ajutage ou tuyère qui permet de créer un courant gazeux en sortie.The nozzle can advantageously be in the form of a diverging convergent nozzle. Said actuating device associated with the cavity is then formed by this nozzle or nozzle which makes it possible to create a gas stream at the outlet.
En variante ou en combinaison, le micro- actionneur selon l'invention comporte une conduite secondaire reliée à la conduite de sortie en aval de la bouche de sortie au moins au voisinage d'une zone de dépression de façon à former une pompe à vide.As a variant or in combination, the micro-actuator according to the invention comprises a secondary pipe connected to the outlet pipe downstream of the outlet mouth at least in the vicinity of a vacuum zone so as to form a vacuum pump.
Dans cette dernière variante de réalisation de l'invention, le dispositif d'actionnement est ainsi constitué d'une pompe à vide formée d'une conduite secondaire connectée à une conduite de sortie reliée elle- même à une bouche de sortie de la cavité. La bouche de sortie en forme de col ou de tuyère convergente divergente est apte à accélérer le mouvement du gaz dans la conduite de sortie par effet de tuyère (Venturi) et à créer une dépression dans la zone de liaison avec la conduite secondaire. La conduite secondaire peut être reliée à une chambre contenant un gaz dont la pression est diminuée par les décharges électriques créées entre les électrodes dans ladite cavité. En effet, les décharges électriques engendrent un vent électrique dans la direction de la bouche de sortie. Ce vent électrique est accéléré par effet de tuyère (Venturi) et crée une dépression à l'aval de la bouche de sortie.In this last variant embodiment of the invention, the actuation device thus consists of a vacuum pump formed by a secondary pipe connected to an outlet pipe itself connected to an outlet mouth of the cavity. The outlet mouth in the form of a diverging convergent nozzle or nozzle is capable of accelerating the movement of the gas in the outlet pipe by nozzle effect (Venturi) and of creating a vacuum in the zone of connection with the secondary pipe. The secondary pipe can be connected to a chamber containing a gas whose pressure is reduced by the electric discharges created between the electrodes in said cavity. Indeed, the electric discharges generate an electric wind in the direction of the outlet. This electric wind is accelerated by the nozzle effect (Venturi) and creates a depression downstream of the outlet.
Là encore, les variations de pression engendrées dans la chambre reliée à la conduite secondaire peuvent être utilisées pour actionner divers dispositifs hydrauliques et/ou pneumatiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques et/ou mécaniques ... Par exemple, la chambre reliée à la conduite secondaire peut être reliée à une conduite d'alimentation par laquelle un fluide peut pénétrer dans cette chambre qui sert de chambre de prélèvement. Des moyens d'analyse du fluide (par exemple un microcapteur) peuvent alors être associés à ladite chambre.Again, the pressure variations generated in the chamber connected to the secondary pipe can be used to actuate various hydraulic and / or pneumatic and / or electrical and / or magnetic and / or optical and / or mechanical devices ... For example, the chamber connected to the secondary pipe can be connected to a supply pipe through which a fluid can enter this chamber which serves as a sampling chamber. Fluid analysis means (for example a microsensor) can then be associated with said chamber.
L'invention concerne en outre un microsystème intégré comprenant au moins un microcapteur électronique intégré, des moyens électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur, et au moins un micro-actionneur intégré selon l'invention commandé par les moyens électroniques intégrés de traitement du signal. Un microsystème selon l'invention est constitué d'une pluralité de couches de matériaux semi¬ conducteurs, notamment d'une pluralité de puces agencées côte à côte ou empilées.The invention further relates to an integrated microsystem comprising at least one integrated electronic microsensor, integrated electronic means for processing the signal delivered by each microsensor, and at least one integrated micro-actuator according to the invention controlled by the integrated electronic processing means of the signal. A microsystem according to the invention consists of a plurality of layers of semiconductor materials, in particular a plurality of chips arranged side by side or stacked.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description which refers to the appended figures in which:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une première variante d'un premier mode de réalisation d'un micro-actionneur selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une deuxième variante du premier mode de réalisation d'un micro-actionneur selon l'invention,- Figure 1 is a schematic sectional view of a first variant of a first embodiment of a micro-actuator according to the invention, - Figure 2 is a schematic sectional view of a second variant of the first embodiment of a micro-actuator according to the invention,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un micro- actionneur selon l'invention,- Figure 3 is a schematic view in section of a second embodiment of a micro-actuator according to the invention,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un micro-actionneur selon le premier mode de réalisation de l'invention incorporé dans un microsystème selon l'invention,FIG. 4 is a schematic sectional view of a micro-actuator according to the first embodiment of the invention incorporated in a microsystem according to the invention,
Sur les figures 1 et 2, le micro-actionneur est composé de trois couches 1, 2, 3 superposées formées d'un matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, par exemple du silicium. Dans la couche médiane 2, une cavité 4 est ménagée en creux. Entre la couche supérieure 1 et la couche médiane 2, on a ménagé une conduite d'entrée 5 et une conduite de sortie 6 de gaz dans la cavité 4. Ces conduites 5, 6 sont reliées, par l'intermédiaire éventuellement de microvalves passives ou commandées, à un réservoir de gaz ou à l'atmosphère. Elles constituent donc des moyens 5, 6 d'introduction de gaz dans la cavité 4. Le micro-actionneur peut comprendre des moyens de mesure et/ou de contrôle de la pression de gaz dans la cavité 4 qui peuvent être réalisés sous toute forme connue en soi et non représentée. La cavité 4 est creusée dans une partie seulement de l'épaisseur de la couche médiane 2 de façon à laisser une épaisseur résiduelle dans cette couche 2 formant une membrane souple 7 dont une face 8 constitue la face interne de la cavité 4. Les conduites 5, 6 sont adaptées, et notamment sont suffisamment petites, pour permettre la génération d'efforts sur la membrane 7 par effets de pression et/ou par effets cinétiques. L'autre face opposée 9 de la membrane souple 7 est en regard d'une chambre de pompage 10 ménagée en creux dans l'épaisseur de la couche inférieure 3. Cette chambre de pompage 10 est alimentée en fluide par une conduite d'alimentation 11 et refoule le fluide par une conduite de refoulement 12. Des microvalves passives ou commandées d'alimentation 24 et de refoulement 25 sont prévues interposées dans les conduites d'alimentation 11 et, respectivement de refoulement 12.In FIGS. 1 and 2, the micro-actuator is composed of three superposed layers 1, 2, 3 formed of a material capable of being machined by photolithographic process, for example silicon. In the middle layer 2, a cavity 4 is hollowed out. Between the upper layer 1 and the middle layer 2, an inlet pipe 5 and an outlet pipe 6 of gas are formed in the cavity 4. These pipes 5, 6 are connected, optionally by means of passive microvalves or controlled, to a gas tank or to the atmosphere. They therefore constitute means 5, 6 for introducing gas into the cavity 4. The micro-actuator can comprise means for measuring and / or controlling the gas pressure in the cavity 4 which can be produced in any known form in itself and not shown. The cavity 4 is hollowed out in only part of the thickness of the middle layer 2 so as to leave a residual thickness in this layer 2 forming a flexible membrane 7, one face 8 of which constitutes the internal face of the cavity 4. The conduits 5 , 6 are suitable, and in particular are sufficiently small, to allow the generation of forces on the membrane 7 by pressure effects and / or by kinetic effects. The other opposite face 9 of the flexible membrane 7 is opposite a pumping chamber 10 formed hollow in the thickness of the lower layer 3. This pumping chamber 10 is supplied with fluid by a supply line 11 and discharges the fluid through a discharge pipe 12. Passive or controlled microvalves for supply 24 and discharge 25 are provided interposed in the supply pipes 11 and, respectively, discharge 12.
Le micro-actionneur comporte une première électrode principale 13, notamment une anode 13, représentée sous forme d'une micropointe conique mais qui peut être aussi constituée d'un disque ou d'une sphère ou présenter toute autre forme appropriée, et qui débouche de la face inférieure 14 de la couche supérieure 1 en regard de la cavité 4 à l'opposé de la membrane souple 7. La première électrode 13 est disposée au moins sensiblement en regard de la portion centrale de la membrane souple 7. Une deuxième électrode principale 15, notamment une cathode 15, représentée sous forme d'un anneau torique, s'étend à l'intérieur de la cavité 4 au voisinage de la membrane souple 7. La première électrode 13 est plus éloignée de la membrane souple que la deuxième électrode 15. La deuxième électrode 15 peut être reliée à la masse. Une électrode de focalisation 16 est placée entre la première et la deuxième électrodes, c'est-à-dire au-dessus de la deuxième électrode 15. Cette électrode de focalisation 16 peut être placée à un potentiel électrique intermédiaire qui peut être piloté indépendamment du potentiel des électrodes principales 13, 15. Elle est également sous forme d'un anneau et est associée, comme la deuxième électrode 15, au voisinage ou sur les parois périphériques 17 de la cavité 4 perpendiculaires au plan général des couches 1, 2 ,3. Les électrodes 15, 16 s'étendent le long des parois 17 de la cavité 4 et sont donc annulaires si cette cavité 4 a une section circulaire.The micro-actuator comprises a first main electrode 13, in particular an anode 13, represented in the form of a conical microtip but which may also consist of a disc or a sphere or have any other suitable shape, and which opens out from the lower face 14 of the upper layer 1 opposite the cavity 4 to the opposite of the flexible membrane 7. The first electrode 13 is arranged at least substantially opposite the central portion of the flexible membrane 7. A second main electrode 15, in particular a cathode 15, represented in the form of an O-ring, extends inside the cavity 4 in the vicinity of the flexible membrane 7. The first electrode 13 is further from the flexible membrane than the second electrode 15. The second electrode 15 can be connected to ground. A focusing electrode 16 is placed between the first and the second electrodes, that is to say above the second electrode 15. This focusing electrode 16 can be placed at an intermediate electrical potential which can be controlled independently of the potential of the main electrodes 13, 15. It is also in the form of a ring and is associated, like the second electrode 15, in the vicinity or on the peripheral walls 17 of the cavity 4 perpendicular to the general plane of the layers 1, 2, 3 . The electrodes 15, 16 extend along the walls 17 of the cavity 4 and are therefore annular if this cavity 4 has a circular section.
Les différentes électrodes 13, 15, 16 sont reliées électriquement à un dispositif électronique de contrôle de leur potentiel électrique et qui peut être réalisé sous forme d'un circuit intégré ou d'une puce formé sur l'une au moins des couches 1, 2, 3 de matériau semi¬ conducteur qui peut former un substrat pour ce circuit intégré. La pression du gaz dans la cavité 4 et la tension électrique appliquée entre les électrodes 13, 15, 16 sont déterminées de façon appropriée pour créer une décharge électrique contrôlée à l'intérieur de la cavité 4. Ce faisant, la membrane souple 7 est déplacée, et le volume de la chambre de pompage 10 est modifié. Les mouvements de la membrane souple 7 combinés à ceux des microvalves d'alimentation 24 et de refoulement 25 commandées ou passives permettent de faire circuler un fluide dans la chambre de pompage 10. Un tel dispositif est par exemple applicable pour réaliser un dispositif implanté d'injection de substances thérapeutiques, sous la forme d'un microsystème intégré.The different electrodes 13, 15, 16 are electrically connected to an electronic device for controlling their electrical potential and which can be produced in the form of an integrated circuit or a chip formed on at least one of the layers 1, 2 , 3 of semiconductor material which can form a substrate for this integrated circuit. The pressure of the gas in the cavity 4 and the electric voltage applied between the electrodes 13, 15, 16 are appropriately determined to create a controlled electrical discharge inside the cavity 4. In doing so, the flexible membrane 7 is moved , and the volume of the pumping chamber 10 is modified. The movements of the flexible membrane 7 combined with those of the microvalves supply 24 and delivery 25 controlled or passive allow a fluid to circulate in the pumping chamber 10. Such a device is for example applicable for producing an implanted device for injecting therapeutic substances, in the form of a microsystem integrated.
Dans la variante de la figure 2, une première électrode principale 13 est placée contre une paroi 17 de la cavité 14. et une deuxième électrode principale 15 est constituée d'un anneau métallique s 'étendant contre une paroi verticale 17 opposée en regard de la première électrode 13. Des électrodes intermédiaires 16 de focalisation sont prévues associées aux parois verticales 17 entre les électrodes principales 13 et 15. Le micro-actionneur est alors un microcompresseur de type thermopneumatique. Sous l'action de la décharge électrique puisée ou alternative générée entre les électrodes, le gaz dans la cavité 4 est périodiquement chauffé. Sous l'action de ces variations de température, la pression du gaz dans la cavité 4 augmente périodiquement et provoque des mouvements de la membrane 7.In the variant of FIG. 2, a first main electrode 13 is placed against a wall 17 of the cavity 14. and a second main electrode 15 consists of a metal ring extending against a vertical wall 17 opposite opposite the first electrode 13. Intermediate focusing electrodes 16 are provided associated with the vertical walls 17 between the main electrodes 13 and 15. The micro-actuator is then a microcompressor of the thermopneumatic type. Under the action of the pulsed or alternating electric discharge generated between the electrodes, the gas in the cavity 4 is periodically heated. Under the action of these temperature variations, the pressure of the gas in the cavity 4 increases periodically and causes movements of the membrane 7.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, le dispositif d'actionnement est constitué d'une pompe à vide. La conduite d'entrée 5 débouche dans la cavité 4 par une bouche d'entrée 18 dotée avantageusement d'une microvalve passive ou commandée 30. Cette microvalve 30 permet d'éviter le refoulement de gaz chauds pendant l'explosion des décharges et d'optimiser l'entrée du gaz dans la cavité 4 selon la nature, notamment la fréquence, des décharges. A son extrémité opposée, la cavité 4 comporte une bouche de sortie 19. La première électrode principale (anode) 13 est placée dans la cavité 4 en regard de la bouche d'entrée 18 et est associée à la paroi de la cavité 4 opposée à la bouche de sortie 19. La bouche de sortie 19 est en forme de col ou de tuyère convergente divergente apte à accélérer le mouvement du gaz et à créer une dépression dans la zone 26 de la conduite de sortie 6 par effet dit de trompe-éjecteur. Plus précisément, la conduite de sortie 6 définit avec la bouche de sortie 19 ou en aval de la bouche de sortie 19 un ajutage 27, 28, 29 adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie 19 et créer une dépression en au moins une zone 26 de la conduite de sortie 6 à l'aval de la bouche de sortie 19. Cet ajutage 27, 28, 29 est en forme de tuyère convergente divergente, c'est-à-dire comporte une portion convergente 27 reliée à une paroi 17 de la cavité 4, une portion cylindrique 28 reliée à la portion convergente 27, puis une portion divergente 29 et/ou à brusque élargissement reliant la portion cylindrique 28 à la conduite de sortie 6. La bouche de sortie 19 porte la deuxième électrode principale (cathode) 15 qui est tronconique et s'étend à l'intérieur de la cavité 4 contre la portion convergente 27. Des électrodes 16', 16" de focalisation intermédiaire sont prévues entre la première électrode 13 et la deuxième électrode 15. Le champ électrique créé entre les électrodes principales 13, 15 est orienté dans la direction de la bouche de sortie 19. Une autre électrode 20 d'accélération est prévue immédiatement en aval de la bouche de sortie 19 de façon à accélérer les particules chargées qui n'ont pas été collectées à la deuxième électrode principale 15. L'électrode d'accélération 20 est avantageusement disposée dans ou au niveau de la portion cylindrique 28 de l'ajutage, en aval de la portion convergente 27. En aval de cette électrode d'accélération 20 et de l'ajutage 27, 28, 29, la conduite de sortie 6 est connectée à une conduite secondaire 21 qui débouche latéralement dans la conduite de sortie 6 et qui est reliée par une microvalve passive ou commandée 22 à une chambre 23. Une microvalve passive ou commandée 34, qui peut être totalement ouverte, est aussi avantageusement prévue dans la conduite de sortie 6 en aval de la connexion à la conduite secondaire 21. La chambre 23 est elle-même reliée à une conduite d'alimentation 31 par laquelle un fluide peut pénétrer dans cette chambre 23. Une microvalve passive ou commandée 32 est interposée à l'entrée de la chambre 23. Dès lors, le micro-actionneur selon l'invention permet de prélever le fluide dans la chambre 23 qui peut être dotée de moyens d'analyse du fluide, par exemple sous la forme d'au moins un microcapteur 36 associé à la paroi de la chambre 23. Des moyens 37 électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur 36 peuvent être prévus, de façon connue en soi. Ces moyens 37 sont reliés électriquement au microcapteur 36 et ne sont représentés que schématiquement sur la figure 3. Ces moyens 37 servent aussi à commander le micro-actionneur et sont alors reliés aux électrodes 13, 15, 16 pour leur délivrer la tension électrique appropriée. On forme ainsi un microsystème intégré.In the embodiment of Figure 3, the actuating device consists of a vacuum pump. The inlet pipe 5 opens into the cavity 4 through an inlet mouth 18 advantageously provided with a passive or controlled microvalve 30. This microvalve 30 makes it possible to prevent the backflow of hot gases during the explosion of the discharges and optimize the entry of gas into the cavity 4 according to the nature, in particular the frequency, of the discharges. At its opposite end, the cavity 4 has an outlet mouth 19. The first main electrode (anode) 13 is placed in the cavity 4 opposite the inlet mouth 18 and is associated with the wall of the cavity 4 opposite to the outlet mouth 19. The outlet mouth 19 is in the form of a neck or diverging convergent nozzle capable of accelerating the movement of the gas and of creating a depression in the zone 26 of the outlet pipe 6 by the so-called trompe-ejector effect . More specifically, the outlet pipe 6 defines with the outlet mouth 19 or downstream of the outlet mouth 19 a nozzle 27, 28, 29 adapted to accelerate the gas stream coming from the outlet mouth 19 and create a depression in at least one zone 26 of the outlet pipe 6 downstream of the outlet mouth 19. This nozzle 27, 28, 29 is in the form of a diverging convergent nozzle, that is to say comprises a converging portion 27 connected to a wall 17 of the cavity 4, a cylindrical portion 28 connected to the convergent portion 27, then a diverging portion 29 and / or with abrupt widening connecting the cylindrical portion 28 to the outlet pipe 6. The outlet mouth 19 carries the second main electrode (cathode ) 15 which is frustoconical and extends inside the cavity 4 against the converging portion 27. Electrodes 16 ′, 16 "of intermediate focusing are provided between the first electrode 13 and the second electrode 15. The electric field created Between the main electrodes 13, 15 is oriented in the direction of the outlet mouth 19. Another acceleration electrode 20 is provided immediately downstream of the outlet mouth 19 so as to accelerate the charged particles which have not been collected to the second main electrode 15. The acceleration electrode 20 is advantageously disposed in or at the level of the cylindrical portion 28 of the nozzle, downstream of the converging portion 27. Downstream of this acceleration electrode 20 and the nozzle 27, 28, 29, the outlet pipe 6 is connected to a secondary pipe 21 which opens laterally into the outlet pipe 6 and which is connected by a passive or controlled microvalve 22 to a chamber 23. A passive or 34, which can be fully open, is also advantageously provided in the outlet pipe 6 downstream of the connection to the secondary pipe 21. The chamber 23 is itself connected to a e supply line 31 through which a fluid can enter this chamber 23. A passive or controlled microvalve 32 is interposed at the inlet of the chamber 23. Consequently, the micro-actuator according to the invention makes it possible to withdraw the fluid in the chamber 23 which can be provided with means for analyzing the fluid, for example in the form of at least one microsensor 36 associated with the wall of the chamber 23. Integrated electronic means 37 for processing the signal delivered by each microsensor 36 can be provided, in a manner known per se. These means 37 are electrically connected to the microsensor 36 and are only shown schematically in FIG. 3. These means 37 also serve to control the micro-actuator and are then connected to the electrodes 13, 15, 16 to deliver the appropriate electrical voltage to them. This forms an integrated microsystem.
Une fois le prélèvement et l'analyse effectués, les microvalves 22 et 32 s'ouvrent pour autoriser la circulation du fluide vers la conduite de sortie 6 sous l'effet des décharges électriques créées à l'intérieur de la cavité 4.Once the sampling and analysis have been carried out, the microvalves 22 and 32 open to allow the circulation of the fluid towards the outlet pipe 6 under the effect of the electric discharges created inside the cavity 4.
Le micro-actionneur de la figure 3 permet donc de générer un flux de gaz dans la conduite 6 de sortie. Les caractéristiques en débit et en vitesse de ce flux de gaz dépendent en particulier des décharges électriques créées à l'intérieur de la cavité 4, et donc notamment du potentiel électrique auquel les différentes électrodes sont placées. Ainsi, l'invention permet de créer et de piloter les caractéristiques d'un flux de gaz dans une conduite 6 de façon précise, avec une grande puissance massique et un temps de réponse extrêmement court (de l'ordre de la nanoseconde) et ce par l'intermédiaire d'une simple commande en tension électrique.The micro-actuator of FIG. 3 therefore makes it possible to generate a flow of gas in the outlet pipe 6. The flow and speed characteristics of this gas flow depend in particular on the electrical discharges created inside the cavity 4, and therefore in particular on the electrical potential at which the different electrodes are placed. Thus, the invention makes it possible to create and control the characteristics of a gas flow in a pipe 6 in a precise manner, with a high specific power and an extremely short response time (of the order of a nanosecond) and this by means of a simple electric voltage control.
Le mode de réalisation de la figure 3 peut être également utilisé sans conduite secondaire 21, c'est- à-dire directement à titre de générateur de courant gazeux dans la conduite de sortie 6. La figure 4 représente une coupe transversale d'un micro-actionneur conforme à la figure 1, intégré dans un microsystème. Le micro-actionneur est formé des trois couches 1, 2, 3 empilées de matériau. La cavité 4 est formée en creux dans la couche intermédiaire 2. La chambre de pompage 10 est formée en creux dans la couche inférieure 3 et les conduites d'alimentation et de refoulement 11, 12 traversent les couches supérieure 1 et intermédiaire 2 pour déboucher dans la chambre de pompage 10. Les électrodes 13, 15, 16 de la cavité 4 s'étendent à travers la couche intermédiaire 2 et la couche supérieure 1 de façon à présenter des bornes de connexion à la face supérieure de la couche supérieure 1. Un évent 39 traverse la couche supérieure 1 pour déboucher dans la cavité 4 en vue de son alimentation en gaz et pour fournir une référence de pression. La chambre de pompage 10 est dotée d'au moins un microcapteur 35 qui peut être réalisé de toute façon connue en soi en fonction des caractéristiques à mesurer dans le fluide circulant dans la chambre de pompage 10 (température, pression, débit, analyse chimique... ) .The embodiment of FIG. 3 can also be used without a secondary pipe 21, that is to say directly as a gas current generator in the outlet pipe 6. FIG. 4 represents a cross section of a micro -actuator in accordance with Figure 1, integrated in a microsystem. The micro-actuator is formed from three layers 1, 2, 3 stacked with material. The cavity 4 is hollowed out in the intermediate layer 2. The pumping chamber 10 is hollowed out in the lower layer 3 and the supply and discharge lines 11, 12 pass through the upper 1 and intermediate layers 2 to open into the pumping 10. The electrodes 13, 15, 16 of the cavity 4 extend through the intermediate layer 2 and the upper layer 1 so as to present connection terminals to the upper face of the upper layer 1. A vent 39 passes through the upper layer 1 to open into the cavity 4 for its gas supply and to provide a pressure reference. The pumping chamber 10 is provided with at least one microsensor 35 which can be produced in any way known per se as a function of the characteristics to be measured in the fluid circulating in the pumping chamber 10 (temperature, pressure, flow rate, chemical analysis. ..).
Les signaux en tension alimentant les électrodes peuvent être des signaux continus ou impulsionnels. Les différentes électrodes 13, 15, 16, 20 peuvent être placées directement au contact du gaz ou recouvertes d'une couche de semi-conducteur ou d'isolant. Elles peuvent aussi être incorporées au sein du matériau constituant les électrodes 1, 2, 3. Les différences de potentiel appliquées entre les différentes électrodes du micro-actionneur peuvent être continues, alternatives ou impulsionnelles selon le type de décharge électrique que l'on souhaite créer dans la cavité 4. Les décharges électriques utilisées peuvent être du type luminescentes ou pseudo-luminescentes, des décharges d'étincelles ou d'arc avorté... The voltage signals supplying the electrodes can be continuous or pulse signals. The various electrodes 13, 15, 16, 20 can be placed directly in contact with the gas or covered with a layer of semiconductor or insulator. They can also be incorporated within the material constituting the electrodes 1, 2, 3. The potential differences applied between the different electrodes of the micro-actuator can be continuous, alternative or pulse depending on the type of electric discharge that one wishes to create in the cavity 4. The electric discharges used can be of the luminescent or pseudo-luminescent type, sparking or aborted arc discharges ...

Claims

REVENDICATIONS 1 / - Micro-actionneur intégré comprenant une cavité (4) renfermant un gaz, ménagée dans l'épaisseur d'au moins une couche (1, 2, 3) de matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes (13, 15, 16) adaptées pour créer un champ électrique à l'intérieur de la cavité (4) apte à créer une décharge électrique dans le gaz, chaque électrode (13, 15, 16) étant adaptée pour pouvoir être reliée à une source d'énergie électrique appropriée, et un dispositif d'actionnement (7, 21, 27, 28, 29) sensible à la pression et/ou à la vitesse du gaz dans la cavité (4), ce dispositif d'actionnement (7, 21, 27, 28, 29) étant associé à la cavité (4) de façon à être commandé par les variations de pression et/ou de vitesse du gaz dans la cavité (4) résultant des décharges électriques créées par les électrodes (13, 15, 16). CLAIMS 1 / - Integrated micro-actuator comprising a cavity (4) containing a gas, formed in the thickness of at least one layer (1, 2, 3) of material capable of being machined by photolithographic process, characterized in that '' it comprises electrodes (13, 15, 16) adapted to create an electric field inside the cavity (4) capable of creating an electric discharge in the gas, each electrode (13, 15, 16) being adapted to be able to be connected to an appropriate source of electrical energy, and an actuating device (7, 21, 27, 28, 29) sensitive to the pressure and / or speed of the gas in the cavity (4), this device actuator (7, 21, 27, 28, 29) being associated with the cavity (4) so as to be controlled by the variations in pressure and / or speed of the gas in the cavity (4) resulting from the electric discharges created by the electrodes (13, 15, 16).
2/ - Micro-actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) comportent deux électrodes principales (13, 15) définissant le champ électrique créé dans la cavité (4), et au moins une électrode de focalisation (16, 16', 16") intermédiaire disposée entre les électrodes principales (13, 15) et placée à un potentiel électrique intermédiaire. 3/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement (7) est une membrane (7) souple dont une face (8) constitue une face interne de la cavité (4).2 / - Micro-actuator according to claim 1, characterized in that the electrodes (13, 15, 16) comprise two main electrodes (13, 15) defining the electric field created in the cavity (4), and at least one electrode focusing (16, 16 ', 16 ") disposed between the main electrodes (13, 15) and placed at an intermediate electrical potential. 3 / - Micro-actuator according to one of claims 1 and 2, characterized in that the actuating device (7) is a flexible membrane (7), one face (8) of which constitutes an internal face of the cavity (4).
4/ - Micro-actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane (7) souple est formée d'une épaisseur résiduelle d'une couche (2) de matériau dans laquelle la cavité (4) est ménagée.4 / - Micro-actuator according to claim 3, characterized in that the flexible membrane (7) is formed from a residual thickness of a layer (2) of material in which the cavity (4) is formed.
5/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique s ' étendant au moins sensiblement perpendiculairement à la membrane (7) souple.5 / - Micro-actuator according to one of claims 3 and 4, characterized in that the electrodes (13, 15, 16) are arranged to create an electric field extending at least substantially perpendicular to the flexible membrane (7) .
6/ - Micro-actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode principale (15) disposée à proximité de la membrane (7) souple et une électrode principale (13) plus éloignée de la membrane (7) souple. 7/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement parallèlement à la membrane (7) souple. 8/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la membrane (7) souple sépare la cavité (4) d'une chambre (10) de pompage de fluide qui est adaptée pour que le volume de cette chambre de pompage (10) varie en fonction des mouvements de la membrane (7) souple.6 / - Micro-actuator according to the claim 5, characterized in that it comprises a main electrode (15) disposed near the flexible membrane (7) and a main electrode (13) further from the flexible membrane (7). 7 / - Micro-actuator according to one of claims 3 and 4, characterized in that the electrodes (13, 15, 16) are arranged to create an electric field extending at least substantially parallel to the flexible membrane (7) . 8 / - Micro-actuator according to one of claims 3 to 7, characterized in that the flexible membrane (7) separates the cavity (4) from a chamber (10) for pumping fluid which is adapted so that the volume of this pumping chamber (10) varies according to the movements of the flexible membrane (7).
9/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cavité (4) comporte une bouche de sortie (19) reliée à une conduite de sortie (6) de gaz hors de la cavité (4) et au moins une bouche d'entrée (18) reliée à une conduite (5) d'entrée de gaz dans la cavité (4), et en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique orienté au moins sensiblement dans la direction de la bouche de sortie (19). 10/ - Micro-actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) comportent une électrode principale (15) disposée à proximité de la bouche de sortie (19) et une autre électrode principale (13) plus éloignée de la bouche de sortie (19).9 / - Micro-actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cavity (4) comprises an outlet mouth (19) connected to an outlet pipe (6) of gas out of the cavity (4 ) and at least one inlet mouth (18) connected to a gas inlet pipe (5) in the cavity (4), and in that the electrodes (13, 15, 16) are arranged to create a field electric oriented at least substantially in the direction of the outlet mouth (19). 10 / - Micro-actuator according to claim 9, characterized in that the electrodes (13, 15, 16) comprise a main electrode (15) disposed near the outlet mouth (19) and another main electrode (13) further from the outlet (19).
11/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la conduite de sortie (6) définit, avec la bouche de sortie (19) ou en aval de la bouche de sortie (19), un ajutage (27, 28, 29) adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie (19) et créer une dépression en au moins une zone (26) de la conduite de sortie (6) à l'aval de la bouche de sortie (19). 12/ - Micro-actionneur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'ajutage (27, 28, 29) est en forme de tuyère convergente divergente.11 / - Micro-actuator according to one of claims 9 and 10, characterized in that the outlet pipe (6) defines, with the outlet mouth (19) or downstream of the outlet mouth (19), a nozzle (27, 28, 29) adapted to accelerate the gas stream from the outlet mouth (19) and create a vacuum in at least one zone (26) of the outlet pipe (6) downstream of the mouth outlet (19). 12 / - Micro-actuator according to claim 11, characterized in that the nozzle (27, 28, 29) is in the form of a diverging convergent nozzle.
13/ - Micro-actionneur selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite secondaire (21) reliée à la conduite (6) de sortie en aval de la bouche de sortie (19) au moins au voisinage d'une zone (26) de dépression de façon à former une pompe à vide. 14/ - Micro-actionneur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la conduite secondaire (21) est reliée à une chambre (23) contenant un gaz dont la pression est diminuée par les décharges électriques créées entre les électrodes (13, 15, 16) dans la cavité (4) .13 / - Micro-actuator according to one of claims 9 to 12, characterized in that it comprises a secondary pipe (21) connected to the outlet pipe (6) downstream of the outlet mouth (19) at least in the vicinity of a vacuum zone (26) so as to form a vacuum pump. 14 / - Micro-actuator according to claim 13, characterized in that the secondary pipe (21) is connected to a chamber (23) containing a gas whose pressure is reduced by the electric discharges created between the electrodes (13, 15, 16) in the cavity (4).
15/ - Micro-actionneur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la chambre (23) est reliée à une conduite d'alimentation (31) par laquelle un fluide peut pénétrer dans la chambre (23). 16/ - Microsystème intégré comprenant au moins un microcapteur (35, 36) électronique intégré, des moyens (37) électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur (35, 36), et au moins un micro-actionneur intégré selon l'une des revendications 1 à 15, commandé par les moyens (37) électroniques intégrés de traitement du signal.15 / - Micro-actuator according to claim 14, characterized in that the chamber (23) is connected to a supply line (31) through which a fluid can enter the chamber (23). 16 / - Integrated microsystem comprising at least one integrated electronic microsensor (35, 36), integrated electronic means (37) for processing the signal delivered by each microsensor (35, 36), and at least one integrated micro-actuator according to the one of claims 1 to 15, controlled by the integrated electronic signal processing means (37).
17/ - Microsystème selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de couches (1, 2, 3) de matériau semi-conducteur. 17 / - Microsystem according to claim 16, characterized in that it consists of a plurality of layers (1, 2, 3) of semiconductor material.
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