WO2005034148A1 - Matrice de resistances adressables independamment, et son procede de realisation - Google Patents

Matrice de resistances adressables independamment, et son procede de realisation Download PDF

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WO2005034148A1
WO2005034148A1 PCT/FR2004/050476 FR2004050476W WO2005034148A1 WO 2005034148 A1 WO2005034148 A1 WO 2005034148A1 FR 2004050476 W FR2004050476 W FR 2004050476W WO 2005034148 A1 WO2005034148 A1 WO 2005034148A1
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resistance
temperature coefficient
matrix
matrix according
resistors
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PCT/FR2004/050476
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Adrien Gasse
Guy Parat
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/16—Resistor networks not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making

Definitions

  • the invention relates to the matrices of passive components, more particularly to the resistors connected together by lines and columns, as well as to their manufacture. These resistance matrices can be used in various fields, in particular to activate components by Joule.
  • a resistance matrix comprises N command lines (indexed Ni, with i strictly positive integer), M control columns (indexed M j , with j strictly positive integer), and NM resistors (indexed Ri j , each resistor Rij being controlled by the line i and the column Mj).
  • N command lines indexed Ni, with i strictly positive integer
  • M control columns indexed M j , with j strictly positive integer
  • NM resistors indexed Ri j , each resistor Rij being controlled by the line i and the column Mj.
  • one of the challenges is to precisely locate the control power on a determined resistance in order to achieve the effect expected by the control, while limiting the power dissipated in the other elements of the matrix.
  • the resistors due to induced or derived currents, both to increase the power in the resistance addressed and so that the control remains specific. Indeed, the maximum power is dissipated in the addressed resistance.
  • Another technique would be to segment the matrix into sub-units such that the power loss is reduced, which makes it possible to reduce the number of diodes.
  • This solution does not eliminate the problems of complexity inherent in the diodes, nor the residual parasitic heating in each matrix.
  • Another alternative is to control each row and column with voltages which are adjusted and controlled by a control system. Via this intermediary, it is possible to precisely control the residual power in the unaddressed resistors and to modify the parameters. If this solution is effective, it is clear that it requires an expensive command control system which is complex to implement.
  • the object of the invention is to propose a simple solution, which avoids the drawbacks inherent in existing solutions, for the realization of a matrix of resistors making it possible to locate power on one of the resistors of the matrix by limiting the power dissipated in the rest of the matrix. Thermally, this resistance activates an associated component. More particularly, one of the aspects of the invention relates to the choice of the thermal properties of at least one resistor, in order to increase its addressing efficiency, that is to say the power dissipated by this resistor with respect to to the total power dissipated, power making it possible to thermally activate an associated component.
  • This resistance (or these resistors) is thus chosen with a negative temperature coefficient, that is to say that the value of the resistance decreases with its temperature.
  • the temperature of the resistant element increases; according to the invention, the value of its resistance will then decrease, and therefore its power will increase at constant voltage during heating.
  • the precision of the activation of associated components is thus increased.
  • the invention thus relates to a matrix of resistors, one of the resistors of which has a negative temperature coefficient and is associated with a thermally activatable component.
  • these resistors with negative temperature coefficient consist of a single material having this property, which simplifies the manufacturing process all the more.
  • a preferred embodiment relates to a matrix in which all the resistors have a negative temperature coefficient, and in particular identical. Indeed, whatever the matrix, the power released in the unaddressed resistors is less than the power dissipated at the addressed point. The temperature of the addressed resistor therefore increases faster than the temperature of the rest of the circuit: even if all the resistors have a negative temperature coefficient, even identical, the value of the unaddressed resistors will decrease less quickly over time than that of the resistance addressed. A phenomenon of increase in power released by unaddressed resistors occurs, but less than the increase in power dissipated by the addressed resistor. In this case, there is therefore also a gain in yield compared to that achieved in a conventional matrix.
  • the material used for some or all of the rows and columns has a positive temperature coefficient, which leads to an increase in the resistance of these elements and therefore to a reduction in lost power.
  • resistors of the matrix according to the invention see all, can be coupled to components to activate them.
  • the invention also relates to a device using this matrix, such as a biochip or a reaction card.
  • a programmable pulse generator to adjust, for example by a programmable pulse generator, the time of application of the control voltage to a resistor.
  • the invention also relates to the method for manufacturing a resistor matrix, a resistor of which, associated with a thermally activatable component, is formed from a material placed, for example by deposition, on a substrate, the material having a resistance with negative temperature coefficient.
  • FIG.l diagram of a resistance matrix, with indication of an induced current.
  • FIG.2 evolution over time of different parameters during use of a resistance matrix with positive temperature coefficient (FIG.2a) and a resistance matrix with negative temperature coefficient (FIG.2b) .
  • FIG.3 synopsis of an example of manufacturing a preferred matrix according to the invention.
  • FIG. 1 represents a conventional matrix of resistances which can be addressed separately comprising N rows, M columns and NM resistors. These resistors can be controlled either simultaneously, or successively, or even according to a combination of these two modes.
  • R ij The power P can in particular be used to thermally activate a component associated with the resistance Ri j .
  • the efficiency Q of the resistance R j addressed is equal to the power Pi referred to the total power released.
  • the other elements of the matrix also react to the addressing voltage: an example of induced current is thus represented in dotted lines, which causes in this configuration a power release in particular by the resistances Ri + i 3 ⁇ R ⁇ + ⁇ i + ir i 3 + 1 / Ri +2 r as well as by the line and column segments separating them. These parameters are to be taken into account for the performance evaluation. Furthermore, any dissipation of power is accompanied by heating of the resistance concerned and an increase in its temperature. The temperature of the addressed resistor increases more and faster than that of the other elements. However, conventional materials for manufacturing resistors see their resistance increase when the temperature increases: see curve R 13 in FIG. 2a.
  • the power dissipated (curve P i;] ) by the resistance R XJ will therefore decrease over time, and this faster than the power released by the other resistors, whose temperature and resistance (curve R na ) increase less quickly .
  • the output of the resistance R ⁇ addressed therefore decreases as it is activated (curve Q 13 ), and the increase in temperature, which is the desired objective in the context of control matrices for heating by Joule effect of elements, slows down.
  • a material whose resistance decreases with temperature is used to manufacture the resistance R 13 , that is to say a resistance with a negative temperature coefficient, or NTCR (“Negative Thermal Coefficient Resistance”).
  • This material can be one of the components of the resistor or the resistor can be made entirely of such a material.
  • Examples are Nitride of Tantalum, Nickel-Chrome alloys, or nitrides of refractory materials.
  • the temperature coefficient (TCR) can be adjusted, either by the combination of materials, or by the parameters chosen during the manufacture of the resistor. Depending on requirements, the NTCR can thus vary from -100 to -3,000 p ⁇ m / ° C. In this case of an NTCR matrix illustrated by FIG. 2b, over time, the energy dissipation by the addressed resistance R X3 increases as well as its temperature, its resistance (curve R ⁇ : ⁇ ) decreases, and therefore its dissipated power (curve!? _ .
  • This power is less than the initial control power, with partial losses in the other resistances as described above, but also losses related to the intrinsic resistance of the rows and columns. It may therefore be advantageous to use a material with a positive TCR, such as aluminum or copper, for these rows and columns: by thermal conduction from the heated resistor, the material used in the rows and columns is capable of heating. Thanks to the use of a material with positive TCR for these rows and columns, the resistance of the rows and columns will then increase, and the power lost in them will decrease, thereby increasing the power addressed, and thereby even the performance of the resistance addressed. The addressed power, and therefore the voltage across the addressed resistance, can also be modulated during use by adjusting the duration of application of this voltage.
  • a material with a positive TCR such as aluminum or copper
  • Example 1 Consider a network of 144 resistors addressed by 12 lines and 12 columns, with heating resistors to be addressed of 1000 ohms and an inter row and inter column resistance of 1 ohm, i.e. an intrinsic resistance of 1 ohm of each row and / or interconnection column. By simulation, it was found that for resistors with zero temperature coefficient, the power dissipated at the addressed point is 15% of the total power dissipated in the network, and that the maximum power released by the other resistors is 4.5 %. If the resistors have a TCR of
  • the matrix according to the invention therefore makes it possible to obtain very high temperatures, of 500 ° C. and more, at very localized points, for matrices which make it possible to address numerous points (50 up to 1000 and more), and this quickly.
  • An adjustment of the maximum power required is possible by controlling the TCR value of the resistors.
  • FIG. 3 represents an example of a manufacturing process: a substrate (10) such as silicon is chosen. An aluminum layer (12) is deposited by sputtering (FIG.3a).
  • Photolithography and chemical etching provide line patterns (14) (FIG.3b).
  • a layer of NTCR resistive material (16) is deposited by sputtering (FIG.3c); the resistive patterns (18) are obtained by photolithography and etching (FIG.3d).
  • a dielectric layer (20) is then deposited to isolate rows (14) and columns (FIG.3e), with photolithography of the contact recovery patterns (22) on the columns (FIG.3f).
  • an aluminum layer (12) is deposited by sputtering (FIG.3g), the column patterns (24) being produced by photolithography and etching (FIG.3h).
  • the thermally activatable compounds are combined according to known techniques.
  • the aluminum layer (12) has a thickness of 500 to 50,000 A, preferably 5,000; the thickness of NTCR (16) is typically between 500 to 5000 A, preferably 1000.
  • the NTCR can be adjusted preferably between -100 and -3000 ppm / ° C according to the deposition conditions and the desired use parameters .
  • dielectric insulator (20) a polymer or a mineral such as Si0 2 or Si 3 N can be used.
  • the substrate (10) is insulating and comprises for example silicon, a polymer, a glass, a ceramic, etc., or a combination of these materials.
  • Application The matrices according to the invention find their application in many fields, such as for example biology, imaging or flat screens, where the control systems must be miniaturized.
  • the matrices according to the invention can be used to manufacture biochips or “Lab On Chip”, also called reaction cards.
  • a reaction card is known for example from document WO 02/18823.
  • a device for use biological any structure suitable for use in biological applications such as for example reaction cards or biochips.
  • a microfluidic network is integrated on the support card of the device: the liquid to be analyzed must circulate for example between the different reagents.
  • micro-valves are actuated. Micro-valves have been developed for applications in microsystems, biochips and reaction cards.
  • microvalves actuated by pyrotechnic effect An example is given in document FR-A-2 828 244, which relates to microvalves actuated by pyrotechnic effect.
  • the start-up of the micro-valves requires localized heating below the micro-system, for example by heating a resistor under each micro-valve which will then be actuated by the Joule effect.
  • the network of micro-valves must be substantial, with a high density of these components to be activated: for example 50 to 1000 micro-valves on a surface typically of the order of the size of a credit card. must be addressed separately.
  • the use of resistance matrices therefore seems appropriate.
  • the matrices according to the invention add as an advantage the optimization of the yield of each addressing, and therefore a better efficiency and specificity of the analyzes carried out.

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Abstract

Les matrices de resistances adressables indépendamment sont couramment utilisées pour commander des éléments miniatures. L'invention se propose de résoudre le problème posé par la perte de puissance dissipée dans la résistance adressée en choisissant pour cette résistance un matériau à résistance à coefficient de temperature négatif, qui permet d'augmenter le rendement d'adressage de cette résistance. Une méthode de fabrication est également décrite.

Description

MATRICE DE RESISTANCES ADRESSABLES INDEPENDAMMENT, ET SON PROCEDE DE REALISATION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte aux matrices de composants passifs, plus particulièrement aux résistances connectées entre elles par des lignes et des colonnes, ainsi qu'à leur fabrication. Ces matrices de résistances peuvent être utilisées dans différents domaines, notamment pour activer des composants par Joule.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Pour gagner en place et en densité de commandes, les matrices de résistances ont été développées où un nombre important d'éléments résistifs sont condensés sur une petite surface, tout en étant activables individuellement. Comme le montre la figure 1, une matrice de résistances comporte N lignes de commandes (indicées Ni, avec i entier strictement positif) , M colonnes de commande (indicées Mj, avec j entier strictement positif) , et NM résistances (indicées Rij, chaque résistance Rij étant commandée par la ligne i et la colonne Mj) . Pour commander une résistance, on « ferme » les interrupteurs de ses ligne et colonne : on peut par exemple appliquer la tension « +V » sur la ligne i et « 0 » sur la colonne Mj ; la résistance Ri est alors « adressée », c'est-à-dire soumise à un courant, contrairement aux autres. Quelle que soit l'utilisation de ces matrices, un des enjeux est de localiser précisément la puissance de commande sur une résistance déterminée afin d'atteindre l'effet escompté par la commande, tout en limitant la puissance dissipée dans les autres éléments de la matrice, notamment les résistances, du fait des courants induits ou dérivés, tant pour augmenter la puissance dans la résistance adressée que pour que la commande reste spécifique. En effet, le maximum de puissance est dissipé dans la résistance adressée. Cependant, il existe également des autres courants non nuls circulant dans les lignes et colonnes, ainsi que dans les autres résistances, qui eux aussi induisent des pertes de puissance dans et par ces éléments. Ceci entraîne que la puissance de commande n'est pas totalement dissipée dans la résistance adressée (perte d'efficacité) et que les résistances non adressées dissipent elles aussi une puissance non désirable (perte de sensibilité) . Des simulations ont ainsi montré que pour une matrice de 150 points par exemple, environ 15 % de la puissance est dissipée au point adressé, alors que les autres points où la puissance dissipée est la plus forte dégagent environ 5 % de la puissance. Un des moyens connus pour remédier à ces effets est de coupler chaque résistance à une diode ou un interrupteur pour bloquer le courant dans les résistances non adressées. Cependant, cette solution est très lourde car elle implique de doubler chaque résistance, ce qui entraîne des coûts de fabrication et une perte de compacité préjudiciables. Une autre technique serait de segmenter la matrice en sous unités telles que la perte de puissance est réduite, ce qui permet de réduire le nombre de diodes. Cette solution n'élimine pas les problèmes de complexité inhérents aux diodes, ni l' échauffement parasite résiduel dans chacune des matrices. Une autre alternative consiste à commander chaque ligne et colonne avec des tensions qui sont ajustées et asservies par un système de contrôle. Par cet intermédiaire, il est possible de contrôler précisément la puissance résiduelle dans les résistances non adressées et de modifier les paramètres. Si cette solution est performante, il est clair qu'elle nécessite un système de contrôle de commande coûteux et complexe à mettre en œuvre.
EXPOSÉ DE L' INVENTION L'objet de l'invention est de proposer une solution simple, qui évite les inconvénients inhérents aux solutions existantes, pour la réalisation- d'une matrice de résistances permettant de localiser de la puissance sur une des résistances de la matrice en limitant la puissance dissipée dans le reste de la matrice. Thermiquement, cette résistance active un composant associé. Plus particulièrement, l'un des aspects de l'invention concerne le choix des propriétés thermiques d'au moins une résistance, afin d'augmenter son rendement d'adressage, c'est-à-dire la puissance dissipée par cette résistance par rapport à la puissance totale dissipée, puissance permettant d'activer thermiquement un composant associé. Cette résistance (ou ces résistances) est ainsi choisie à coefficient de température négatif, c'est-à-dire que la valeur de la résistance diminue avec sa température. Au cours de son utilisation, par le dégagement de puissance, la température de l'élément résistant augmente ; selon l'invention, la valeur de sa résistance va alors diminuer, et donc sa puissance augmenter à tension constante au cours de 1' échauffement . La précision de l'activation de composants associés est ainsi accrue. L'invention se rapporte ainsi à une matrice de résistances dont l'une des résistances est à coefficient de température négatif et associée à un composant activable thermiquement. Avantageusement, ces résistances à coefficient de température négatif sont constituées d'un matériau unique possédant cette propriété, ce qui simplifie d'autant le processus de fabrication. Un exemple de réalisation préféré concerne une matrice dont toutes les résistances sont à coefficient de température négatif, et notamment identiques. En effet, quelle que soit la matrice, la puissance dégagée dans les résistances non adressées est inférieure à la puissance dissipée au point adressé. La température de la résistance adressée augmente donc plus vite que la température du reste du circuit : même si toutes les résistances sont à coefficient de température négatif, voire identiques, la valeur des résistances non adressées diminuera moins vite au cours du temps que celle de la résistance adressée. Un phénomène d'augmentation de la puissance dégagée par les résistances non adressées se produit, mais inférieur à l' augmentation de la puissance dissipée par la résistance adressée. On observe donc également dans ce cas un gain en rendement par rapport à celui réalisé dans une matrice classique. Avantageusement, le matériau utilisé pour certaines des lignes et colonnes, voire toutes, possède un coefficient de température positif, ce qui entraîne une augmentation de la résistance de ces éléments et donc une diminution de puissance perdue. Plusieurs résistances de la matrice selon l'invention, voir toutes, peuvent être couplées à des composants pour les activer. L'invention se rapporte également à un dispositif utilisant cette matrice, tel une biopuce ou une carte réactionnelle . Avantageusement, pour optimiser son rendement, il est possible d'ajuster, par exemple par un générateur d'impulsions programmable, le temps d' application de la tension de commande sur une résistance. L'invention se rapporte également au procédé de fabrication d'une matrice de résistances dont une résistance, associée à un composant activable thermiquement, est formée d'un matériau mis en place, par exemple par dépôt, sur un substrat, le matériau possédant une résistance à coefficient de température négatif.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L' invention sera mieux comprise au moyen des figures suivantes, qui servent uniquement à illustrer l'invention et ne sont nullement restrictives : FIG.l : schéma d'une matrice de résistances, avec indication d'un courant induit. FIG.2 : évolution par rapport au temps de différents paramètres en cours d'utilisation d'une matrice de résistances à coefficient de température positif (FIG.2a) et d'une matrice de résistances à coefficient de température négatif (FIG.2b). FIG.3 : synopsis d'un exemple de fabrication d'une matrice préférée selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Ainsi que décrit précédemment, la figure 1 représente une matrice classique de résistances adressables séparément comprenant N lignes, M colonnes et NM résistances. Ces résistances peuvent être commandées soit simultanément, soit successivement, soit encore selon une combinaison de ces deux modes. La résistance Ri est adressée, et dissipe ϋ2 une puissance Pij : _._ = / avec U tension aux bornes. Rij La puissance P peut notamment être utilisée pour activer thermiquement un composant associé à la résistance Rij. Le rendement Q de la résistance Rj adressée est égal à la puissance Pi rapportée à la puissance totale dégagée. Or, les autres éléments de la matrice réagissent eux aussi à la tension d'adressage : un exemple de courant induit est ainsi représenté en pointillés, qui entraîne dans cette configuration un dégagement de puissance notamment par les résistances Ri+i 3Λ Rχ+ι i+ir i 3+1/ Ri +2r ainsi que par les segments de lignes et colonnes les séparant. Ces paramètres sont à prendre en compte pour l'évaluation du rendement. Par ailleurs, toute dissipation de puissance s'accompagne d'un échauffement de la résistance concernée et d'une élévation de sa température. La température de la résistance adressée augmente plus et plus vite que celle des autres éléments. Or les matériaux classiques pour fabriquer des résistances voient leur résistance augmenter lorsque la température augmente : voir la courbe R13 de la figure 2a. La puissance dissipée (courbe Pi;]) par la résistance RXJ va donc diminuer au cours du temps, et ce plus rapidement que la puissance dégagée par les autres résistances, dont la température et la résistance (courbe Rna) augmentent moins vite. Le rendement de la résistance Rια adressée diminue donc au fur et à mesure de son activation (courbe Q13) , et l'augmentation de température, qui est l'objectif souhaité dans le cadre des matrices de commande pour chauffage par effet Joule des éléments, ralentit. Dans le cadre de l'invention, on utilise pour fabriquer la résistance R13 un matériau dont la résistance diminue avec la température, c'est-à-dire une résistance à coefficient de température négatif, ou NTCR (« Négative Thermal Coefficient Résistance ») . Ce matériau peut être l'un des composants de la résistance ou la résistance peut être fabriquée entièrement d'un tel matériau. Des exemples en sont le Nitrure de Tantale, des alliages Nickel-Chrome, ou des nitrures de matériaux réfractaires . Le coefficient de température (TCR) peut être ajusté, soit par la combinaison de matériaux, soit par les paramètres choisis lors de la fabrication de la résistance. Selon les besoins, le NTCR peut ainsi varier de -100 à -3000 pρm/°C. Dans ce cas d'une matrice de NTCR illustré par la figure 2b, au cours du temps, la dissipation d'énergie par la résistance adressée RX3 augmente ainsi que sa température, sa résistance (courbe Rι:ι) diminue, et donc sa puissance dissipée (courbe !?_._ ) augmente d'autant plus. On constate aussi sur la figure 2b que, dans ce cas où toutes les résistances sont des NTCR, les autres résistances à coefficient de température négatif qui ne sont pas adressées voient également leur résistance diminuer (courbe Rna) , mais de façon moindre car leur température évolue moins vite, la puissance dégagée par elles restant inférieure à la puissance dissipée Pι;3. Le rendement de la résistance adressée (courbe Q13) augmente donc. Une combinaison des deux exemples est envisageable, où la résistance adressée Rι;) est à coefficient de température négatif, et les autres Rna à coefficient de température positif : on constaterait alors que le rendement Q l du point adressé augmente d'autant plus (non illustré), et notamment dans des proportions plus grandes encore que dans le cas d'une matrice totalement NTCR. D'autres combinaisons sont envisageables, avec par exemple une ligne et/ou une colonne NTCR seulement . Par ailleurs, la résistance Ri3 est adressée par une puissance de commande qui détermine la tension U aux bornes et la puissance P3 dissipée par cette résistance. Un facteur de modulation de P13 autre que la valeur de chaque résistance est donc la puissance « réellement » adressée à R13. Cette puissance est inférieure à la puissance de commande initiale, avec des pertes partielles dans les autres résistances tel que décrit plus haut, mais également des pertes reliées à la résistance intrinsèque des lignes et des colonnes. Il peut donc être avantageux d'utiliser un matériau à TCR positif, tel l'aluminium ou le cuivre, pour ces lignes et colonnes : par conduction thermique depuis la résistance chauffée, le matériau utilisé dans les lignes et colonnes est susceptible de chauffer. Grâce à l'utilisation d'un matériau à TCR positif pour ces lignes et colonnes, la résistance des lignes et colonnes va alors augmenter, et la puissance perdue dans celles-ci va diminuer, augmentant d'autant la puissance adressée, et par là même le rendement de la résistance adressée. La puissance adressée, et donc la tension aux bornes de la résistance adressée, peuvent également être modulées lors de l'utilisation par ajustement de la durée d'application de cette tension. Ce dernier paramètre temporel permet d' optimiser le rendement souhaité pour chaque résistance R13 adressée, et la température souhaitée pour activer le composant concerné par cette résistance. En effet, le processus permettant le chauffage par effet Joule est un phénomène dynamique. Ainsi, l'application d'une tension pendant une durée courte, par exemple 0,2 s, permettra d'obtenir des élévations de température modérées, de l'ordre de 100 °C, et l'application de la commande pendant une durée plus longue, par exemple 10 s, entraînera des températures plus élevées, de l'ordre de 500°C (voir figure 2b). A titre d'exemple est représenté dans la figure 1 un générateur d' impulsions (1) relié aux lignes et colonnes, qui permet d'appliquer des tensions déterminées en amplitude et en durée aux bornes desdites lignes (N) et colonnes. Exemple 1 Soit un réseau de 144 résistances adressées par 12 lignes et 12 colonnes, avec des résistances chauffantes à adresser de 1000 ohms et une résistance inter lignes et inter colonnes de 1 ohm, c'est-à-dire une résistance intrinsèque de 1 ohm de chaque ligne et/ou colonne d'interconnexion. Par simulation, on a trouvé que pour des résistances à coefficient de température nul, la puissance dissipée au point adressé est de 15 % de la puissance totale dissipée dans le réseau, et que la puissance maximale dégagée par les autres résistances est de 4,5 %. Si les résistances ont un TCR de
-2500 ppm/°C, lorsque la température de la résistance adressée atteint 300°C, les autres résistances ont au maximum atteint 100 °C, et la puissance dissipée par la résistance adressée atteint 40 % de la puissance totale au lieu de 15 %, c'est-à-dire qu'elle a plus que doublé . La matrice selon l'invention permet donc d'obtenir des températures très élevées, de 500°C et plus, en des points très localisés, pour des matrices qui permettent d'adresser de nombreux points (50 jusque 1000 et plus), et ce de façon rapide. Un ajustement de la puissance maximale nécessaire est possible en contrôlant la valeur du TCR des résistances. Ces effets sont de plus possibles sans dispositif de diodes ou d'interrupteurs pour alourdir le système, et la matrice peut être réalisée sur différents types de substrats, par l'intermédiaire de méthodes de fabrication évitant les technologies lourdes. En effet, pour réaliser une matrice selon l'invention, des technologies standard de la microélectronique, impliquant notamment dépôt et photolithogravure, sont utilisées de façon préférée. Cependant, toute autre technique utilisable pour la fabrication de microsystèmes est envisageable : sérigraphie de colles, adhésifs, polymères conducteurs ou non, pâtes de sérigraphie, technologie de jet d' encre, ... La figure 3 représente un exemple de procédé de fabrication : un substrat (10) tel le silicium est choisi. Une couche d'aluminium (12) est déposée par pulvérisation cathodique (FIG.3a). Photolithographie et gravure chimique permettent d'obtenir des motifs lignes (14) (FIG.3b). Une couche de matériau résistif NTCR (16) est déposée par pulvérisation cathodique (FIG.3c) ; les motifs résistifs (18) sont obtenus par photolithographie et gravure (FIG.3d). Une couche diélectrique (20) est ensuite déposée pour isoler lignes (14) et colonnes (FIG.3e), avec photolithographie des motifs de reprise de contact (22) sur les colonnes (FIG.3f). Enfin, une couche d'aluminium (12) est déposée par pulvérisation cathodique (FIG.3g), les motifs colonnes (24) étant réalisés par photolithographie et gravure (FIG.3h). Les composés activables thermiquement sont associés selon les techniques connues. Typiquement, la couche d'aluminium (12) a une épaisseur de 500 à 50000 A, de préférence 5000 ; l'épaisseur de NTCR (16) est typiquement comprise entre 500 à 5000 A, de préférence 1000. Le NTCR peut être ajusté de préférence entre -100 et -3000 ppm/°C suivant les conditions de dépôt et les paramètres d'utilisation recherchés. Comme isolant diélectrique (20) , on peut utiliser un polymère ou un minéral tel Si02 ou Si3N . Le substrat (10) est isolant et comprend par exemple du silicium, un polymère, un verre, une céramique, etc., ou encore une combinaison de ces matériaux. Application Les matrices selon l'invention trouvent leur application dans de nombreux domaines, comme par exemple la biologie, l'imagerie ou les écrans plats, où les systèmes de commande doivent être miniaturisés. Plus particulièrement, les matrices selon l'invention peuvent être utilisées pour fabriquer des biopuces ou encore des « Lab On Chip », appelés aussi cartes réactionnelles . Une telle carte réactionnelle est connue par exemple du document WO 02/18823. De façon générale, on appellera par la suite dispositif à usage biologique toute structure apte à être utilisée dans des applications en biologie, comme par exemple les cartes reactionnelles ou les biopuces. Cependant, pour réaliser de tels dispositifs à usage biologique, un réseau micro fluidique est intégré sur la carte de support du dispositif : le liquide à analyser doit circuler par exemple entre les différents réactifs. Afin de faire circuler un liquide dans un réseau de micro canaux, on actionne des micro-vannes. Des micro-vannes ont été développées pour des applications dans des microsystèmes, des biopuces et des cartes reactionnelles . Un exemple en est donné dans le document FR-A-2 828 244, qui concerne des micro-vannes actionnées par effet pyrotechnique. La mise en route des micro-vannes demande de réaliser un chauffage localisé en dessous du microsystème, par exemple par l' échauffement d'une résistance sous chaque micro-vanne qui sera alors actionnée par effet Joule. Pour cette application préférée, le réseau de micro-vannes doit être conséquent, avec une densité importante de ces composants à activer : par exemple 50 à 1000 micro-vannes sur une surface typiquement de l'ordre de la taille d'une carte de crédit doivent être adressées séparément. L'utilisation de matrices de résistances semble donc toute indiquée. Les matrices selon l'invention ajoutent comme avantage l'optimisation du rendement de chaque adressage, et donc une meilleure efficacité et spécificité des analyses effectuées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Matrice de résistances comportant N lignes de commandes Nx, avec i entier strictement positif, M colonnes de commande M3, avec j entier strictement positif, et NM résistances R13, chaque résistance R13 étant commandée par la ligne Nx et la colonne M3, caractérisée par le fait qu'au moins une des résistances est à coefficient de température négatif et est associée à un composant activable thermiquement .
2. Matrice selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque résistance Ri3 est associée à un composant activable thermiquement.
3. Matrice selon l'une des revendications 1 ou 2 dont au moins un des composants activables est une micro-vanne .
4. Matrice selon l'une des revendications 1 à 3 dont toutes les résistances R13 sont à coefficient de température négatif.
5. Matrice selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que au moins une des résistances à coefficient de température négatif est constituée d'un seul matériau.
6. Matrice selon la revendication 4 caractérisée en ce que toutes les résistances à coefficient de température négatif sont constituées d'un seul matériau.
7. Matrice selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que toutes les résistances sont identiques .
8. Matrice selon l'une des revendications précédentes dont la résistance à coefficient de température négatif comprend du Nitrure de Tantale, un alliage Nickel-Chrome ou un nitrure de matériau réfractaire.
9. Matrice selon l'une des revendications précédentes dont la résistance à coefficient de température négatif a un coefficient de température compris entre -100 et -3000 ppm/°C.
10. Matrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le matériau utilisé pour au moins une ligne et/ou au moins une colonne a une résistance à coefficient de température positif.
11. Matrice selon la revendication 10 caractérisée en ce que toutes les lignes et/ou toutes les colonnes sont composées d'un matériau à résistance à coefficient de température positif.
12. Matrice selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisée en ce que toutes les lignes et toutes les colonnes sont composées du même matériau.
13. Matrice selon l'une des revendications 1 à 12 associée à un substrat isolant.
14. Matrice selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre des moyens pour ajuster la durée d'application de la tension de commande sur au moins une des résistances Rij pour en obtenir le rendement souhaité, en particulier sur chaque résistance Rij.
15. Procédé de fabrication d'une matrice de résistances dont l'une au moins des résistances est obtenue par mise en place d'un matériau résistif (16) dont la résistance est à coefficient de température négatif sur un substrat (10) et comprenant l'association de cette résistance à un composant activable thermiquement.
16. Procédé de fabrication selon la revendication 15 comprenant la mise en place du matériau résistif par pulvérisation cathodique.
17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 15 ou 16 comprenant la mise en place d'un matériau conducteur (12) sur le substrat (10) pour former les lignes (14) avant la mise en place du matériau résistif.
18. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 15 à 17 comprenant le dépôt d'un matériau conducteur (12) pour former les colonnes (24) après la mise en place du matériau résistif.
19. Procédé selon l'une des revendications 15 à 18 comprenant une étape de mise en place sur ledit substrat d'un matériau (20) isolant les lignes des colonnes.
20. Procédé selon l'une des revendications 17 à 19 comprenant le choix d'un matériau dont la résistance est à coefficient de température positif pour les lignes et/ou colonnes.
21. Procédé selon l'une des revendications 15 à 20 comprenant l'association de la matrice à un réseau de micro-vannes.
22. Dispositif à usage biologique comprenant une matrice selon l'une des revendications 1 à 14 associée à un réseau microfluidique.
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