WO2014187937A1 - Procede de fabrication d'un capteur piezoelectrique souple - Google Patents

Procede de fabrication d'un capteur piezoelectrique souple Download PDF

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WO2014187937A1
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sensor
electrode
conductive layer
antenna
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Laurie VALBIN
Lionel Rousseau
Fabrice Verjus
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Chambre De Commerce Et D'industrie De Region Paris Ile De France
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    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric sensor. It also relates to a sensor manufactured by this manufacturing method, and a method of using such a sensor.
  • Such a manufacturing method allows a user to manufacture a "soft" piezoelectric sensor.
  • MEMS electromechanical Microsystems
  • the object of the present invention is to solve at least one of these disadvantages.
  • Presentation of the invention is to solve at least one of these disadvantages.
  • a support (preferably comprising a silicon layer and / or a silicon oxide layer, which support or these layers preferably have a total thickness of at least 400 microns) is manufactured on a support, a layer of layers of sensor layer comprising a layer of piezoelectric material between a first electrode and a second electrode, the first electrode not in contact with the second electrode, and then
  • the sensor layers are covered by a first layer of polymer, then
  • At least a portion (preferably all) of the support is removed from the superposition of sensor layers, preferably so that the sensor layers covered by the first polymer layer are no longer carried by the support.
  • the removal of at least a portion (preferably all) of the support comprises destroying at least a portion (preferably all) of the support.
  • the removal of the entire support makes it possible to obtain a flexible and particularly fine piezoelectric sensor. This sensor is also self-supporting.
  • a second polymer layer can be produced so that the sensor layers are encapsulated between the first polymer layer and the second polymer layer.
  • the encapsulation of the sensor layers by the first polymer layer and the second polymer layer makes it possible firstly to protect the sensor from external aggressions while maintaining its flexibility and secondly to make the sensor biocompatible and self-supporting.
  • the polymer used for the first polymer layer and / or the second polymer layer of the invention may be selected from the group consisting of arylene or polyimide.
  • the first polymer layer and / or the second polymer layer consists of Parylene because it avoids the presence of fragility zone and its deposition does not alter the sensor according to the invention.
  • the first polymer layer and the second polymer layer are made of the same polymer.
  • the thickness of the first polymer layer is at least 3 ⁇ m above the sensor.
  • the thickness of the second polymer layer is at least 3 ⁇ m below the sensor.
  • the thickness of each of the polymer layers is generally less than 50 ⁇ m, and preferably less than 20 ⁇ m, more preferably less than 10 ⁇ m.
  • the support is preferably a rigid support. At standard ambient conditions of 25 ° C and absolute pressure of 0.986 atm.
  • the rigid support preferably has a Young model of at least 50 GPa (gigapascal), preferably at least 10 g Pa, preferably between 160 G Pa and 180 G Pa.
  • the support preferably comprises silicon, for example glass, and more preferably it consists of sil hereum.
  • the silicon monocrystal may have an oxidized surface.
  • this type of support allows an implementation of the invention in the white (using CMOS technology) and also to obtain a sensor with more varied structures and, compared to a polymer support, to obtain a finer sensor and easier implementation.
  • the superposition of the sensor layers may comprise a first conductive layer, and a second conductive layer, each of the first and second conductive layers comprising two portions, a first portion of the first conductive layer being in contact with a first portion of the conductive layer.
  • This advantageous embodiment notably allows a greater freedom in the geometry given to the sensor and a possible use of aluminum for each conductive layer.
  • the conductive layers are preferably metallic.
  • the conductive layers may be for example platinum, gold or aluminum.
  • the use of aluminum reduces the manufacturing costs of the sensors while the platinum is more suitable for in vivo applications.
  • the method according to the invention may further comprise a manufacture of an antenna connecting the first electrode to the second electrode, said antenna making one or more turns so as to draw a closed loop.
  • the thickness of the antenna is between 10 and 50 pm. The antenna advantageously makes it possible to avoid the presence of a hole through the first polymer layer (i.e. for access to the electrodes) and thus to completely encapsulate the sensor.
  • the method according to the invention can be conducted at a temperature below 250 ° C and thus allow the manufacture of the sensor on a support incorporating integrated circuits.
  • the carrier may, in some cases, have previously undergone preparation steps including passages at temperatures above 250 ° C.
  • the piezoelectric layer may have a longitudinally extending beam shape, and the beam may extend longitudinally from the perimeter of the loop and into the interior of the loop.
  • This embodiment makes it possible, in particular, to measure deformations over larger areas and for example to carry out longitudinal, transverse deformation measurements as well as radii of curvature measurements.
  • the invention relates in particular to a method compatible with a CMOS clean room technology.
  • the piezoelectric layer is preferably composed of PbZrTiO 3 (PZT, lead Titano-Zirconate), aluminum nitride (AIN) or PVDF (polyvinylidene fluoride). More preferably, as shown in the examples, the piezoelectric layer consists of AlN.
  • An AlN layer unlike a PbZrTi0 3 layer, is compatible with CMOS technology and is non-toxic.
  • Sensor layers may include:
  • the insulating layer may be made of an electrically insulating material having an electrical resistivity greater than or equal to 10 3 ohm. cm (preferably at 6 ohm cm) at standard ambient conditions of 25 ° C and absolute pressure of 0.986 atm; and or
  • the stiffening layer has, at standard temperature and ambient pressure conditions of 25 ° C and an absolute pressure of 0.986 atm., A Young's modulus of at least 50GPa, preferably at least 10GPa, preferably comprised between 100 GPa and 1 TPa.
  • the stiffening layer and the insulating layer are preferably made of the same material during a single layer deposition step.
  • the total thickness of the sensor layers is preferably less than 3 micrometers.
  • the final thickness of the sensor comprising an antenna is between 10 and 50 ⁇ m.
  • the thickness of the encapsulated sensor may be less than 50 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ .
  • the thickness of the encapsulated sensor is, for example, 10 ⁇ m.
  • a sensor obtained by a manufacturing method according to the invention.
  • a piezoelectric sensor comprising a layer of piezoelectric material between a first electrode and a second electrode, the first electrode not being in contact with the second electrode, characterized in that said sensor is between two polymer layers and has a thickness, including the polymer layers, of less than 50 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m.
  • said sensor comprises a layer of piezoelectric material made of AlN material.
  • a method of using a sensor obtained according to the manufacturing method according to the invention characterized in that the sensor is applied on or in a structure in order to measure at least one stress or at least one pressure applied to this structure.
  • a method of using a sensor obtained according to the manufacturing method according to the invention characterized in that it comprises the following steps:
  • the senor is applied to a human or animal body, then
  • the heartbeat deforms the piezoelectric layer, generating a variation of electric charge in the electrodes.
  • this variation of electric charge is detected, and From these detections, a heart rate of the body is deduced.
  • a method of using a sensor obtained according to the manufacturing method according to the invention characterized in that it comprises the following steps:
  • the senor is applied to a human or animal body, then
  • the electromagnetic field is picked up by an antenna electrically connected to the first electrode and to the second electrode of the sensor, generating in the antenna an electric current at a frequency f equal to a resonant frequency f 0 of the sensor at rest or at a harmonic of this resonance frequency f0,
  • the heartbeat deforms the piezoelectric layer, causing a variation Df of the resonant frequency
  • an oscillating signal is received at a frequency fl + Df
  • FIGS. 2, 4, 6, 9, 13 are top views, parallel to the layer plane referenced 3 in FIG. 11, of different layers at different stages of a first method embodiment according to the invention of FIG. manufacture of a sensor 1
  • - Figures 1, 3, 5, 7 and 12 are profile sectional views (perpendicular to the layer plane 3) of different layers at different stages of the first embodiment of the manufacturing method according to the invention; these sectional views illustrate the different layers along the first segment of section 16 illustrated in FIGS. 2, 4, 6, 9,
  • FIG. 8 is sectional sectional views (perpendicular to the layer plane 3) of different layers at different stages of the first embodiment of the manufacturing method according to the invention; these sectional views illustrate the different layers along the second segment of section 17 illustrated in FIG. 9,
  • FIGS. 14 and 15 are sectional section views (perpendicular to the layer plane 3) of different layers at different stages of a variant (with respect to the variant with antenna 14) of the first embodiment of the manufacturing method. according to the invention; these sectional views illustrate the different layers along the first segment of section 16 illustrated in FIGS. 2, 4, 6, 9,
  • FIG. 16 to 19 are sectional sectional views (perpendicular to the layer plane 3) of different layers at different stages of the first embodiment of the manufacturing method according to the invention; these sectional views illustrate the different layers along the cutting axis 18 illustrated in FIG. 9,
  • FIG. 20 is a sectional sectional view (perpendicular to the layer plane 3) of the sensor 1 obtained by the first embodiment of the manufacturing method according to the invention; this sectional view illustrates the different layers of this sensor along the axis of section 18 illustrated in FIG. 9,
  • FIG. 21 to 23 are profile sectional views (perpendicular to the layer plane 3) of different variants of the sensor 1 obtained by different variants of the first embodiment of the manufacturing method according to the invention; these sectional views illustrate the different layers of the sensor 1 along the cutting axis 18 illustrated in FIG. 9,
  • FIG. 24 is a diagram of an electronics for using the sensor 1
  • FIG. 25 is a flowchart of the principle of electronics for the use of the sensor 1
  • FIG. 26 is an example of the use of the sensor 1 according to the invention.
  • each thickness is defined perpendicular to the layer plane 3.
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described subsequently isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one feature preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This first mode of the method according to the invention for manufacturing a piezoelectric sensor 1 comprises the following steps:
  • a superposition in a superimposition direction perpendicular to a layer plane 3) of sensor layers 2, 4, 5, 12, 19 is manufactured on a rigid support 10, each sensor layer being manufactured by photolithography, the sensor layers comprising a layer of piezoelectric material 5 (extending at least partly parallel to the plane of layer 3) between a first electrode 6, 7 (extending to at least partially parallel to the plane of layer 3) and a second electrode 8, 9 (extending at least partly parallel to the plane of layer 3), the first electrode not being in contact with the second electrode, then
  • the superposition of sensor layers is removed from the rigid support, so that the sensor layers covered by the polymer layer 11 are no longer carried by the rigid support 10.
  • this method according to the invention is compatible with a CMOS clean room technology, and makes it possible to manufacture complex structures.
  • a material preferably silicon having a standard temperature of 25 ° C. and an absolute pressure of 0.986 is used as rigid support 10. atm., a Young's modulus of at least 50 GPa
  • the rigid support 10 typically comprises (or even preferably consists of) a non-oxidized silicon layer 63.
  • a layer 13 of oxidized silicon is in contact with the layer 63 of unoxidized silicon.
  • this oxidized layer 13 is part of the rigid support 10 or is part of the sensor layers, depending on whether this layer 13 is retained or not for the sensor 1.
  • the rigid support 10 has, in the direction of superposition perpendicular to the plane of layer 3, a thickness of at least 400 ⁇ m
  • the superposition of the sensor layers comprises a first electrically conductive (preferably metallic, typically alumina) layer 2 extending parallel to the layer plane 3, and a second conductive layer 4 (preferably metal, typically alumina) extending parallel to the layer plane 3.
  • Each of the first 2 and second 4 conductive layers has an electrical resistivity of less than or equal to 3 ohms. cm (preferably at 10 "4 ohm cm or even 10 " 6 ohm cm).
  • Each of the first 2 and second 4 conductive layers comprises two parts: a first portion 6 of the first conductive layer is in contact with a first portion 7 of the second conductive layer; a second portion 8 of the first conductive layer is in contact with a second portion 9 of the second conductive layer.
  • the first electrode 6, 7 is formed by the first portion 6 of the first conductive layer and the first portion 7 of the second conductive layer.
  • the second electrode 8, 9 is formed by the second portion 8 of the first conductive layer and the second portion 9 of the second conductive layer.
  • the layer of piezoelectric material 5 is at least partly between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 4.
  • the layer of piezoelectric material 5 is in contact with the first electrode (preferably with each of the parts 6, 7).
  • the layer of piezoelectric material 5 is in contact with the second electrode (preferably with each of the portions 8, 9).
  • the first electrode 6, 7 is not in contact with the second electrode 8, 9. Electrical current flowing between the two electrodes must necessarily pass, among the layers of sensor, via the layer 5 of material piezoelectric or, outside the sensor layers, by the antenna 14 described below.
  • the first conductive layer 2 made of aluminum is manufactured by photolithography according to the following steps: - Cleaning a silicon wafer
  • the dimensions referenced 81 to 86 in FIG. 2 have the following values:
  • Reference 81 (shortened to the top views of Figures 2, 4, 6, 9 with respect to other dimensions): 1 cm
  • Reference 84 0.5 millimeter
  • the layer 5 of piezoelectric material made of aluminum nitride is manufactured by photolithography on the first conductive layer 2 according to the following steps:
  • Thickness of 1 ⁇ m above layer 2 under:
  • piezoelectric materials such as PZT (Lead Titano-Zirconate), or PVDF (Polyvinylidene Fluoride).
  • the second conducting layer 4 made of aluminum is produced by photolithography on the first conductive layer 2 and on the layer 5 of piezoelectric material according to the following steps:
  • a stiffening layer 12 of Nitride (Si 3 N 4 ) superimposed on the piezoelectric layer 5 is manufactured by photol ithog raphie at the same time as an insulating layer 19 made of nitride (Si 3 N 4 ).
  • the insulating layer 19 is made of an electrically insulating material (here Nitride (Si 3 N 4 )), having an electrical resistivity greater than or equal to 10 3 ohm. cm (preferably at 6 ohm cm) at standard ambient conditions of 25 ° C and absolute pressure of 0.986 atm.
  • the stiffening layer 12 of Nitride (Si 3 N 4 ) is manufactured on the second conductive layer 4 and on the layer 5 of piezoelectric material (preferably on the entire top surface of the piezoelectric layer) and the insulating layer 19 is manufactured on the second conductive layer 4 according to the following steps: - Nitride deposition (Si 3 N 4 ) by plasma enhanced plasma vapor deposition (PEVCD), thickness of this layer: 1 ⁇ m above layer 4 and layer 19.
  • the rigidity layer 12 and the insulating layer 19 are made of the same material during the same layer deposition step by photol ithog raphie.
  • the stiffening layer 12 has, at standard conditions of temperature and ambient pressure of 25 ° C and absolute pressure of 0.986 atm. , a Young's modulus higher than that of the rigid support 10.
  • the stiffening layer 12 has, at standard conditions of temperature and ambient pressure of 25 ° C and absolute pressure of 0.986 atm. a Young's modulus of at least 50G Pa, more particularly at least 10G Pa, preferably between 100G Pa and 1 TPa (Toupascal). The role of this stiffening layer 12 is to define the mechanical properties of vibrations of the piezoelectric layer, in particular its resonance frequency.
  • the stiffening layer has a thickness of at least 1 ⁇ m above layer 4 and layer 19.
  • the first method of realizing the process according to the invention also comprises a manufacturing an antenna 14 connecting the first electrode 6, 7 to the second electrode 8, 9, said antenna 14 making at least one (preferably several) turns around a center 20 (for example three turns as il ustré on Figure 13) to draw a closed loop.
  • the metal antenna 14 (typically made of copper or gold) is made by electrodeposition on the first electrode 7 and on the second electrode 9 (more exactly on the second conductive layer 4) and on the insulating layer 19, according to the following steps:
  • the thickness of the antenna 14 is between 10 and 50 ⁇ m above the layer 13.
  • this beam extends longitudinally parallel to the layer plane 3 from the perimeter of the loop and towards the inside of the loop, preferably towards the center 20 of the loop.
  • the antenna comprises two ends and N turns around the center 20 (with N a natural integer): a first of its ends is electrically connected to the first electrode 6, 7, a second of its ends is connected to the second electrode 8,9, and the antenna 14 passes N-1 times above the first electrode and the second electrode without being in contact with these electrodes for each of these passages.
  • the insulating layer 19 is formed between the antenna 14 and the first electrode 6, 7 and is made between the antenna 14 and the second electrode 8, 9, at each of these N-1 passages where the antenna 14 is superimposed on the first electrode 6, 7 or the second electrode 8, 9 so as to avoid any current circuit between the first electrode 6,7 and the second electrode 8,9.
  • the total thickness of the sensor layers 2, 4, 5, 12, 19 (and therefore without the antenna 14 and without the polymer layer 11) is less than 3 micrometers.
  • a polymer is used which, under standard temperature and ambient pressure conditions of 25 ° C. and an absolute pressure of 0.986 atm. Young less than 50 GPa, more particularly less than IMPa (megapascal), preferably between 0.3 MPa and IMPa.
  • the thickness of the polymer layer 11 is at least 3 ⁇ m above the sensor layers 2, 4, 5, 12, 19.
  • the polymer layer 11 is manufactured by a deposition of Parylene (SCS equipment) or Polyimide 2611 (final thickness between 20 and 60 ⁇ m above the layer 13, depending on the thickness of the antenna 14 between 10 and 50 pm above layer 13).
  • SCS equipment Parylene
  • Polyimide 2611 final thickness between 20 and 60 ⁇ m above the layer 13, depending on the thickness of the antenna 14 between 10 and 50 pm above layer 13.
  • the first 6, 7 and second 8, 9 electrodes and the piezoelectric layer 5 are located between the polymer layer 11 and the rigid support 10.
  • a portion of the first electrode 6, 7 is "freed” by removing a portion of the polymer layer 11 in contact with the first electrode 6, 7 and "Releases” a portion of the second electrode 8, 9 by removing a portion of the polymer layer 11 in contact with the second electrode 8, 9.
  • a hole 21 is made for each of the electrodes through the polymer layer 11 allowing access to each of these electrodes for an electrical connection from outside the sensor 1.
  • Each of these holes 21 is realettes (preferably simultaneously) according to the following steps:
  • the superposition of the rigid support 10 is removed from the rigid support 10. sensor layers, so that the sensor layers covered by the polymer layer 11 are no longer carried by the rigid support 10. To remove the sensor layers from the rigid support 10, the rigid support 10 is at least partially destroyed.
  • FIGS. 16 to 20 (as well as the following ones 21 to 23) are represented with hatched holes 21 and an antenna outline 14 in dotted lines, depending on whether these holes are considered to be hollowed out (variant without antenna 14) or these holes are filled with polymer and have not been dug (variant with antenna 14).
  • the second polymer layer 24 is made (after the removal of the at least part of the support 10) so that the sensor layers are encapsulated (that is to say contained and preferably enclosed) between the first polymer layer 11 and the second polymer layer 24.
  • the stiffening layer 12 may be manufactured before the first electrode 6, 7 and the second electrode 8, 9 (and therefore before the insulating layer 19).
  • the stiffening layer 12 is not located between the electrodes 6, 7, 8, 9 and the polymer layer 11 (the previous case of FIG. 20) but is situated between the electrodes 6, 7, 8, 9 and the rigid support 10.
  • the silicon oxide layer 13 may be part of the sensor layers; in this case, it is not destroyed or removed.
  • a first embodiment of a method of using the sensor 1 according to the invention is a "passive" embodiment that does not require external excitation to the sensor 1 except for the signal to be detected.
  • the pulsation or vibration or deformation deforms the piezoelectric layer 5, generating a variation of electric charge in the electrodes 6, 7; 8, 9.
  • the senor 1 is applied (for example via a self-adhesive surface) to a human or animal body (near a vein or artery), then
  • the cardiac pulsation deforms the vein and the surrounding skin, which causes a deformation of the piezoelectric layer 5, generating a variation of the electrical charge in the electrodes 6, 7; 8, 9 (proportional to the deformation of the vein (amplitude and time)).
  • a second embodiment of the method of using the sensor 1 according to the invention is an "active" embodiment requiring an external excitation to the sensor 1 in addition to the signal to be detected.
  • an electromagnetic field 26 is emitted by an excitation electronics 25, and then
  • the electromagnetic field 26 is picked up by the antenna 14 or by an antenna connected to the electrodes 6, 7 and 8, 9 through the holes 21, generating in this antenna an electric current at a frequency f equal to a resonant frequency f0 the sensor at rest (ie in the absence of stress and deformation of the piezoelectric layer 5 which is at rest) or at a harmonic of this resonant frequency f0,
  • the pulsation or vibration or deformation deforms the piezoelectric layer 5, causing a variation Df of the resonance frequency
  • a measurement signal 27 is received by a measurement electronics 27 oscillating at a frequency f1 + Df,
  • the senor is applied (for example via a self-adhesive surface) to a human or animal body (near a vein or artery), then
  • an electromagnetic field 26 is emitted by an excitation electronics 25, and then
  • the electromagnetic field 26 is picked up by the antenna 14 or by an antenna connected to the electrodes 6, 7 and 8, 9 through the holes 21, generating in this antenna an electric current at a frequency f equal to a resonant frequency f0 the sensor at rest (ie in the absence of stress and deformation of the piezoelectric layer 5 which is at rest) or at a harmonic of this resonant frequency f0,
  • the heartbeat deforms the vein and the skin surrounding which causes a deformation of the piezoelectric layer 5, causing a variation Df of the resonance frequency
  • a measurement signal 27 is received by a measurement electronics 27 oscillating at a frequency f1 + Df,
  • the excitation electronics and the measurement electronics are illustrated in FIGS. 24 and 25.
  • the senor 1 is excited at its fundamental resonance frequency (mechanical) or at a harmonic (mechanical).
  • the sensor 1 behaves like a series RLC filter in parallel with a static capacitance C 0 .
  • a controlled gain amplifier 28 is looped back on itself through the primary of a transformer (mutual inductance between the two turns), the sensor being connected to the secondary.
  • the circuit behaves like an oscillator whose frequency depends on the operating frequency of the sensor 1 (fundamental frequency of resonance or mechanical harmonic).
  • the frequency variation is due to the mechanical stress variation applied to the sensor.
  • this sensor can be envisaged by judiciously choosing the materials used and encapsulating the sensor in a specific packaging (eg "Titanium polymer" in thin layer)
  • Figure 26 shows the results of using a sensor according to the invention.
  • a sensor manufactured according to the method of the invention makes it possible to measure the arterial deformation induced by the blood flow (pulse wave) and thus provides information in accordance with electrocardiography or ECG (identification of the electrical activity of the heart). This measurement based on physical amplitudes, the sensor can bring additional information inaccessible until now such as the constraints applied to the arteries (elasticity, bulk ).
  • ECG electrocardiography
  • the sensor can bring additional information inaccessible until now such as the constraints applied to the arteries (elasticity, bulk ).
  • the encapsulant polymer layers and its flexibility it allows a sensitive and continuous measurement (eg usable during the activities of a subject).
  • Part A of Figure 26 is an ECG curve obtained on a healthy 30-year-old subject by COM EPA-type commercial electrodes and a commercially available medical instrumentation amplifier (x-axis: arbitrary time unit; ordered: arbitrary unit).
  • Part B of FIG. 26 is a curve obtained on the same subject simultaneously with part A with a sensor according to the invention corresponding to the embodiment illustrated in FIG. 20 (but without antenna 14), by implementing a method measuring device just described, this sensor being glued by a plaster on the jugular vein of this subject (abscissa axis: arbitrary time unit, ordinate axis: arbitrary unit).
  • this sensor being glued by a plaster on the jugular vein of this subject (abscissa axis: arbitrary time unit, ordinate axis: arbitrary unit).
  • the shape of the piezoelectric layer 5 may have, seen from above, not necessarily a beam shape, but may have a cross shape, a circular shape or a form of interdigital fingers.
  • the layers of silicon 63 and silicon oxide 13 can be replaced by a rigid support 10 made of glass.
  • the polymer layer 24 also covers the numbered portions 10, 63 and 23.
  • the "width" (defined horizontally in the plane of these figures) of the polymer layer 11 is reduced to the "width" of the polymer 24 which defines the size of the sensor.
  • a manufacturing method according to the invention may comprise the "release" of the electrodes (making the holes 21) and the manufacture of the antenna 14, the holes 21 and the antenna 14 not being incompatible.

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un capteur piézoélectrique, comprenant les étapes suivantes : on fabrique, sur un support rigide (10), une superposition de couches de capteur (2, 4, 5, 12), les couches de capteur comprenant une couche de matière piézoélectrique (5) comprise entre une première électrode (6, 7) et une deuxième électrode (8, 9), la première électrode n'étant pas en contact de la deuxième électrode, puis alors que les couches de capteur (2, 4, 5, 12) sont toujours portées par le support rigide (10), on recouvre les couches de capteur par une couche de polymère (11), puis on retire du support rigide (10) la superposition de couches de capteur, de sorte que les couches de capteur recouvertes par la couche de polymère (11) ne soient plus portées par le support rigide (10).

Description

«Procédé de fabrication d'un capteur piézoélectrique souple»
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un capteur piézoélectrique. Elle concerne aussi un capteur fabriqué par ce procédé de fabrication, et un procédé d'utilisation d'un tel capteur.
Un tel procédé de fabrication permet à un utilisateur de fabriquer un capteur piézoélectrique « souple ».
Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui des capteurs
MEMS (Microsystèmes électromécaniques) piézoélectriques, notamment pour la détection de vibrations, pulsations, ou déformations.
Etat de la technique antérieure
On connaît des procédés de fabrication de capteurs piézoélectriques sur substrat souple, tel que par exemple décrit dans l'article intitulé « Flexible piezoelectric pressure sensors using oriented aluminium nitride thin films prepared on polyethylene terephthalate films » de Akiyama et al ., JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol.100, 114318 (2006).
Dans ce procédé de fabrication selon l'état de l'art, on fabrique une structure très basique : deux électrodes des deux côtés d'un film flexible en PET.
Des inconvénients de ce procédé selon l'état de l'art sont que :
- ce procédé selon l'état de l'art n'est pas compatible avec une technologie de salle blanche CMOS, et
- Ce procédé selon l'état de l'art ne permet pas de fabriquer des structures complexes (forme du capteur en poutre, rond, carré, etc..)
Le but de la présente invention est de résoudre au moins un de ces inconvénients. Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un procédé de fabrication d'un capteur piézoélectrique, comprenant les étapes suivantes :
- on fabrique, sur un support (comprenant de préférence une couche de silicium et/ou une couche d'oxyde de silicium ; ce support ou ces couches ayant de préférence une épaisseur totale d'au moins 400 micromètres), une superposition de couches de capteur, les couches de capteur comprenant une couche de matière piézoélectrique comprise entre une première électrode et une deuxième électrode, la première électrode n'étant pas en contact de la deuxième électrode, puis
- alors que les couches de capteur sont toujours portées par le support, on recouvre les couches de capteur par une première couche de polymère, puis
- on retire, de la superposition de couches de capteur, au moins une partie (de préférence la totalité) du support, de préférence de sorte que les couches de capteur recouvertes par la première couche de polymère ne soient plus portées par le support.
Le retrait d'au moins une partie (de préférence de la totalité) du support comprend une destruction d'au moins une partie (de préférence de la totalité) du support. La suppression de la totalité du support permet d'obtenir un capteur piézoélectrique souple et particulièrement fin. Ce capteur est, en outre, autosupporté.
On peut fabriquer, après le retrait de l'au moins une partie du support, une deuxième couche de polymère de sorte que les couches de capteur soient encapsulées entre la première couche de polymère et la deuxième couche de polymère.
L'encapsulation des couches de capteur par la première couche de polymère et la deuxième couche de polymère permet d'une part de protéger le capteur des agressions extérieures tout en conservant sa souplesse et d'autre part de rendre le capteur biocompatible et autosupporté. Le polymère utilisé pour la première couche de polymère et/ou la deuxième couche de polymère selon l'invention peut être sélectionné parmi la l iste constituée de Parylène ou de Polyimide.
De préférence, la première couche de polymère et/ou la deuxième couche de polymère est constituée de Parylène car il évite la présence de zone de fragil ité et son dépôt n'altère pas le capteur selon l'invention . De préférence, la première couche de polymère et la deuxième couche de polymère sont constituées d u même polymère. L'épaisseur de la première couche de polymère est d 'au moins 3 p m au-dessus d u capteur. L'épaisseur de la deuxième couche de polymère est d 'au moins 3 p m en dessous du capteur. L'épaisseur de chacune des couches de polymère est généralement inférieure à 50 p m et de préférence inférieure à 20 pm, de manière pl us préférentielle inférieure à 10 pm . Le support est de préférence un support rig ide. A des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absol ue de 0.986 atm . (unité de pression atmosphère normale), le support rig ide a de préférence un mod ule d 'Young d 'au moins 50 GPa (gigapascal), de préférence d 'au moins lOOG Pa, de préférence compris entre 160 G Pa et 180 G Pa . Comme cela est explicité dans les exemples, le support comprend de préférence d u silicium comme par exemple d u verre et de façon pl us préférée il est constitué de sil icium . Dans ce cas, le monocristal de silicium peut présenter une surface oxydée. Par rapport à un support en métal, ce type de support permet une mise en œuvre de l 'invention en sal le blanche (util isant la technologie CMOS) et également d 'obtenir un capteur présentant des structures plus variées et, par rapport à un support en polymère, d'obten ir un capteur plus fin et une mise en œuvre plus aisée.
La superposition les couches de capteur peut comprendre une première couche cond uctrice, et une deuxième couche cond uctrice, chacu ne des première et deuxième couches conductrices comprenant deux parties, une première partie de la première couche cond uctrice étant en contact avec une première partie de la deuxième couche cond uctrice, une deuxième partie de la première couche conductrice étant en contact avec une deuxième partie de la deuxième couche conductrice, la première électrode étant formé par la première partie de la première couche conductrice et par la première partie de la deuxième couche conductrice, la deuxième électrode étant formé par la deuxième partie de la première couche conductrice et par la deuxième partie de la deuxième couche conductrice, la couche de matière piézoélectrique étant comprise au moins en partie entre la première couche conductrice et la deuxième couche conductrice. Ce mode de réalisation avantageux permet notamment une plus grande liberté dans la géométrie accordée au capteur et une utilisation possible de l'aluminium pour chaque couche conductrice.
Les couches conductrices sont de préférence métalliques. Les couches conductrices peuvent être par exemple en platine, or ou aluminium. L'utilisation d'aluminium permet de réduire les coûts de fabrication des capteurs tandis que le platine est plus adapté aux applications in vivo.
Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une fabrication d'une antenne reliant la première électrode à la deuxième électrode, ladite antenne faisant un ou plusieurs tours de manière à dessiner une boucle fermée. De façon préférée, l'épaisseur de l'antenne est comprise entre 10 et 50 pm . L'antenne permet avantageusement d'éviter la présence de trou à travers la première couche de polymère (i.e. pour l'accès aux électrodes) et ainsi d'encapsuler complètement le capteur.
Le procédé selon l'invention peut être mené à une température inférieure à 250 °C et ainsi permettre la fabrication du capteur sur un support intégrant des circuits intégrés. Le support peut, dans certains cas, avoir préalablement subi des étapes de préparation incluant des passages à des températures supérieures à 250°C.
La couche piézoélectrique peut avoir une forme de poutre s'étendant longitudinalement, et la poutre peut s'étendre longitudinalement à partir du périmètre de la boucle et vers l'intérieur de la boucle. Ce mode de réalisation permet notamment de mesurer des déformations sur de plus grandes surfaces et par exemple de réaliser des mesures de déformation longitudinales, transversales ainsi que de rayons de courbure. Comme cela a été précisé, l'invention porte notamment sur un procédé compatible avec une technologie de salle blanche CMOS. Ainsi la couche piézoélectrique est de préférence constituée de PbZrTi03 (PZT, Titano-Zirconate de Plomb), nitrure d'aluminium (AIN) ou de PVDF (Polyfluorure de vinylidène). De façon plus préférée, comme cela est présenté dans les exemples, la couche piézoélectrique est constituée d'AIN. Une couche AIN, contrairement à une couche en PbZrTi03, est compatible avec la technologie CMOS et elle n'est pas toxique. Les couches de capteur peuvent comprendre :
- une couche isolante, réalisée entre l'antenne et la première électrode et réalisée entre l'antenne et la deuxième électrode, au niveau de zones où l'antenne est superposée à la première électrode ou à la deuxième électrode. La couche isolante peut être réalisée dans une matière isolante électriquement, ayant une résistivité électrique supérieure ou égale à 103 ohm. cm (de préférence à 106 ohm. cm) à des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absolue de 0.986 atm ; et/ou
- une couche de rigidification superposée à la couche piézoélectrique. La couche de rigidification a, aux conditions standards de température et de pression ambiante de 25°C et de pression absolue de 0.986 atm., un module d'Young d'au moins 50GPa, de préférence d'au moins lOOGPa, de préférence compris entre 100 GPa et 1 TPa.
La couche de rigidification et la couche isolante sont de préférence réalisées dans une même matière au cours d'une même étape de dépôt de couche.
L'épaisseur totale des couches de capteur est de préférence inférieure à 3 micromètres.
Comme cela est présenté dans les exemples, lorsqu'il est encapsulé dans un polymère, l'épaisseur finale du capteur comprenant une antenne est comprise entre 10 et 50 pm. En l'absence d'antenne, l'épaisseur du capteur encapsulé peut être inférieure à 50 pm, de préférence inférieure à 10 μΓη. En l'absence d'antenne, l'épaisseur du capteur encapsulé est par exemple de 10 pm.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un capteur obtenu par un procédé de fabrication selon l'invention.
En particulier, suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un capteur piézoélectrique comprenant une couche de matière piézoélectrique comprise entre une première électrode et une deuxième électrode, la première électrode n'étant pas en contact de la deuxième électrode, caractérisé en ce que le dit capteur est entre deux couches de polymère et qu'il présente une épaisseur, incluant les couches de polymère, inférieure à 50 pm, de préférence inférieure à 10 pm.
De façon préférée, ledit capteur comprend une couche de matière piézoélectrique constituée de matériau AIN.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'utilisation d'un capteur obtenu selon le procédé de fabrication selon l'invention, caractérisé en ce que l'on applique le capteur sur ou dans une structure afin d'en mesurer au moins une contrainte ou au moins une pression appliquée sur cette structure.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'utilisation d'un capteur obtenu selon le procédé de fabrication selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on applique le capteur sur un corps humain ou animal, puis
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la couche piézoélectrique, engendrant une variation de charge électrique dans les électrodes.
- pour chaque variation de charge électrique, on détecte cette variation de charge électrique, et on déduit, à partir de ces détections, une fréquence cardiaque du corps.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'utilisation d'un capteur obtenu selon le procédé de fabrication selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on applique le capteur sur un corps humain ou animal, puis
- on émet un champ électromagnétique par une électronique d'excitation, puis
- le champ électromagnétique est capté par une antenne connectée électriquement à la première électrode et à la deuxième électrode du capteur, engendrant dans l'antenne un courant électrique à une fréquence fl égale à une fréquence fO de résonance du capteur au repos ou à une harmonique de cette fréquence fO de résonnance,
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la couche piézoélectrique, provoquant une variation Df de la fréquence de résonance,
- pour chaque variation Df de la fréquence de résonance, on réceptionne par une électronique de mesure un signal oscillant à une fréquence fl + Df,
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence cardiaque du corps.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- les figures 2, 4, 6, 9, 13 sont des vues de dessus, parallèlement au plan de couche référencé 3 sur la figure 11, de différentes couches à différentes étapes d'un premier mode de réalisation de procédé selon l'invention de fabrication d'un capteur 1, - les figures 1, 3, 5, 7 et 12 sont des vues de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) de différentes couches à différentes étapes du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; ces vues de coupe illustrent les différentes couches le long du premier segment de coupe 16 illustré sur les figures 2, 4, 6, 9,
- les figures 8, 10, 11 sont des vues de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) de différentes couches à différentes étapes du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; ces vues de coupe illustrent les différentes couches le long du deuxième segment de coupe 17 illustré sur la figure 9,
- les figures 14 et 15 sont des vues de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) de différentes couches à différentes étapes d'une variante (par rapport à la variante avec antenne 14) du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; ces vues de coupe illustrent les différentes couches le long du premier segment de coupe 16 illustré sur les figures 2, 4, 6, 9,
- les figures 16 à 19 sont des vues de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) de différentes couches à différentes étapes du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; ces vues de coupe illustrent les différentes couches le long de l'axe de coupe 18 illustré sur la figure 9,
- la figure 20 est une vue de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) du capteur 1 obtenu par le premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; cette vue de coupe illustre les différentes couches de ce capteur le long de l'axe de coupe 18 illustré sur la figure 9,
- les figures 21 à 23 sont des vues de coupe de profil (perpendiculairement au plan de couche 3) de différentes variantes du capteur 1 obtenu par différentes variantes du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention ; ces vues de coupe illustrent les différentes couches du capteur 1 le long de l'axe de coupe 18 illustré sur la figure 9,
- la figure 24 est un schéma d'une électronique pour l'utilisation du capteur 1, - la figure 25 est un organigramme du principe de l'électronique pour l'utilisation du capteur 1,
- La figure 26 est un exemple de l'utilisation du capteur 1 selon l'invention .
Dans la description ci-dessous, chaque épaisseur est définie perpendiculairement au plan de couche 3.
Les proportions respectives des épaisseurs et des largeurs des différentes couches ne sont pas respectées sur les vues de profil .
Ces modes de réalisation étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 à 20, un premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention .
Ce premier mode de procédé selon l'invention pour fabriquer un capteur piézoélectrique 1 comprend les étapes suivantes :
- on fabrique, sur un support rigide 10, une superposition (selon une direction de superposition perpendiculaire à un plan de couche 3) de couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19, chaque couche de capteur étant fabriquée par photolithographie, les couches de capteur comprenant une couche de matière piézoélectrique 5 (s'étendant au moins en partie parallèlement au plan de couche 3) comprise entre une première électrode 6, 7 (s'étendant au moins en partie parallèlement au plan de couche 3) et une deuxième électrode 8, 9 (s'étendant au moins en partie parallèlement au plan de couche 3), la première électrode n'étant pas en contact de la deuxième électrode, puis
- alors que les couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19 sont toujours portées par le support rigide 10, on recouvre les couches de capteur par une couche de polymère 11, puis
- on retire du support rigide 10 la superposition de couches de capteur, de sorte que les couches de capteur recouvertes par la couche de polymère 11 ne soient plus portées par le support rigide 10.
Comme on le verra par la suite, ce procédé selon l'invention est compatible avec une technologie de salle blanche CMOS, et permet de fabriquer des structures complexes.
Fabrication, sur le support rigide 10 de la superposition de couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19
Pour la fabrication des couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19, on utilise comme support rigide 10 une matière (de préférence du silicium) ayant, dans des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absolue de 0.986 atm., un module d'Young d'au moins 50 GPa
(gigapascal), plus particulièrement d'au moins lOOGPa, de préférence compris entre 160 GPa et 180 GPa.
Dans cette description, toutes les valeurs de modules d'Young sont définies selon un axe perpendiculaire au plan de couche 3 illustré sur la figure 11.
Le support rigide 10 typiquement comprend (voir même de préférence consiste en) une couche 63 de silicium non oxydé.
Une couche 13 de silicium oxydé est en contact avec la couche 63 de silicium non oxydé. Selon la variante considérée, cette couche oxydée 13 fait partie du support rigide 10 ou fait partie des couches de capteur, selon que cette couche 13 soit conservée ou pas pour le capteur 1.
Le support rigide 10 possède, selon la direction de superposition perpendiculaire au plan de couche 3, une épaisseur d'au moins 400 pm La superposition des couches de capteur comprend une première couche 2 cond uctrice d 'électricité (de préférence métall iq ue, typiquement en al uminium) s'étendant paral lèlement au plan de couche 3, et une deuxième couche 4 cond uctrice d 'électricité (de préférence métal lique, typiq uement en al uminium) s'étendant paral lèlement au plan de couche 3.
Chacune des première 2 et deuxième 4 couches conductrices a une résistivité électriq ue inférieure ou égale à 3 ohm . cm (de préférence à 10"4 ohm . cm voir même 10"6 ohm . cm) .
Chacune des première 2 et deuxième 4 couches cond uctrices comprend deux parties : une première partie 6 de la première couche cond uctrice est en contact avec une première partie 7 de la deuxième couche conductrice ; une deuxième partie 8 de la première couche cond uctrice est en contact avec une deuxième partie 9 de la deuxième couche cond uctrice.
La première électrode 6, 7 est formée par la première partie 6 de la première couche cond uctrice et par la première partie 7 de la deuxième couche cond uctrice.
La deuxième électrode 8, 9 est formée par la deuxième partie 8 de la première couche conductrice et par la deuxième partie 9 de la deuxième couche cond uctrice.
La couche de matière piézoélectriq ue 5 est comprise au moins en partie entre la première couche conductrice 2 et la deuxième couche cond uctrice 4.
La couche de matière piézoélectriq ue 5 est en contact avec la première électrode (de préférence avec chacune des parties 6,7) .
La couche de matière piézoélectriq ue 5 est en contact avec la deuxième électrode (de préférence avec chacune des parties 8,9) .
La première électrode 6, 7 n'est pas en contact de la deuxième électrode 8, 9. Du courant électriq ue passant entre les deux électrodes doit nécessairement passer, parmi les couches de capteu r, par l'intermédiaire de la couche 5 de matière piézoélectriq ue ou, en dehors des couches de capteur, par l'antenne 14 décrite par la suite.
En référence aux figures 1 et 2, la première couche cond uctrice 2 en Al uminium est fabriquée par photolithog raphie selon les étapes suivantes : - Nettoyage d'une plaquette de silicium
- Oxydation de la plaquette de silicium à 1050°C avec un mélange de gaz H et 02 (« oxydation humide ») / Epaisseur obtenue de la couche oxydée 13 égale à l,6pm, sur la couche 63 de silicium non oxydé.
- Dépôt de métal (aluminium), épaisseur de 200 nm au-dessus de la couche 13, sous Argon : 0,5.10"2 mbar (pression dans la chambre)/ pendant 5 min/ à 200 watt de puissance du générateur DC alimentant la cible d'aluminium
- Photolithographie de résine photosensible positive (PFR7790 de chez JSR) ; épaisseur 1.1 pm
Vitesse d'étalement : 4500 tr/min pendant 30 secondes
Recuit « doux » sur plaque chauffante (« Soft Bake ») : 3min à 110°C
Exposition à travers un masque pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance lumineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1min
Rinçage à l'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°C
- Gravure liquide (Al etch ANT 760-30- 150 de chez OMG) pour Attaque Aluminium
Pendant 3 min / Rinçage à l'Eau Déionisée
- Enlèvement de la Résine : utilisation, comme dissolvant, d'Acétone puis isopropanol alcool puis eau déionisée.
Les dimensions référencées 81 à 86 sur la figure 2 ont les valeurs suivantes :
Référence 81 (raccourcie sur les vues de dessus des figures 2, 4, 6, 9 par rapport aux autres dimensions) : 1 centimètre
Référence 82 : 2 millimètres
Référence 83 : 1 millimètre
Référence 84 : 0,5 millimètre
Référence 85 : 0,2 millimètre
Référence 86 : 20 micromètres En référence aux figures 3 et 4, la couche 5 de matière piézoélectrique en Nitrure d'aluminium est fabriquée par photolithographie sur la première couche conductrice 2 selon les étapes suivantes :
- Dépôt d'AIN (Nitrure d'Aluminium) par pulvérisation réactive
Epaisseur de 1 pm au-dessus de la couche 2, sous :
Argon : 1,9.10-2 mbar (pression partielle) et
Azote : 3,4.10-2 mbar (pression partielle)
pendant lh / à 500W (puissance DC du générateur) / à 220°C (température du substrat) avec un vide résiduel avant dépôt inférieur à 2,5.10-7 Torr
- Photolithographie de résine photosensible PFR7790
épaisseur 1.1 pm
Vitesse d'étalement : 4500 tr/min pendant 30 secondes
Recuit « doux » sur plaque chauffante (« Soft Bake ») : 3min à 110°C
Exposition à travers un masque pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance lumineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1min
Rinçage à l'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°C
- Gravure liquide (PRD 238 de chez OMG)
Pendant 3 min / Rinçage à l'Eau Déionisée
- Enlèvement de la Résine : utilisation, comme dissolvant, d'Acétone puis isopropanol alcool puis eau déionisée.
De manière générale, on peut utiliser d'autres matériaux piézoélectriques, tels que PZT (Titano-Zirconate de Plomb), ou PVDF (Polyfluorure de vinylidène).
En référence aux figures 5 et 6, la deuxième couche conductrice 4 en Aluminium est fabriquée par photolithographie sur la première couche conductrice 2 et sur la couche 5 de matière piézoélectrique selon les étapes suivantes :
- Dépôt de métal (aluminium), épaisseur de 200 nm au-dessus de la couche 2 et de 200 nm au-dessus de la couche 5 (contrairement à la représentation schématiq ue des vues de profil des figures 5, 7, 12, 14, 15 et 16 à 23, la face supérieure de la couche conductrice 4 sur ces figures n'est pas plane mais a une forme de marche de manière à avoir sensiblement une même épaisseur au-dessus de chacune des couches 2 et 5) sous Argon : 0,5. 10"2 mbar (pression dans la chambre)/ pendant 5 min/ à 200 watt de puissance d u générateur DC alimentant la cible d 'al uminium
- Photolithographie de résine photosensible positive ( PFR7790 de chez JSR) ; épaisseur 1 .1 pm
Vitesse d 'étalement : 4500 tr/min pendant 30 sec
Recuit « doux » sur plaq ue chauffante (« Soft Bake ») : 3 minutes à
110°C
Exposition à travers un masq ue pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance l umineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1 min
Rinçage à l'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°
- Gravure liquide (Al etch ANT 760-30- 150 de chez OMG) pour Attaque Al uminium
Pendant 3 min / Rinçage à l 'Eau Déionisée
- Enlèvement de la Résine : utilisation, comme d issolvant, d 'Acétone puis isopropanol alcool puis eau déionisée.
En référence aux figures 7, 8 et 9, une couche de rigidification 12 en Nitrure (Si3N4) superposée à la couche piézoélectrique 5 est fabriquée par photol ithog raphie en même temps q u'u ne couche isolante 19 en Nitrure (Si3N4) . La couche isolante 19 est réal isée dans une matière isolante électriquement (ici en Nitrure (Si3N4)), ayant une résistivité électrique supérieure ou égale à 103 ohm . cm (de préférence à 106 ohm . cm) à des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absol ue de 0.986 atm . La couche de rigidification 12 en Nitrure (Si3N4) est fabriquée sur la deuxième couche conductrice 4 et sur la couche 5 de matière piézoélectriq ue (de préférence sur l'intég ralité de la surface supérieure de la couche piézoélectriq ue) et la couche isolante 19 est fabriquée sur la deuxième couche conductrice 4 selon les étapes suivantes : - Dépôt Nitrure (Si3N4) par dépôt en phase plasma PEVCD (« plasma enhanced Chemical vapor déposition »), épaisseur de cette couche : 1 pm au-dessus de la couche 4 et de la couche 19.
- Photolithographie de résine photosensible positive ( PFR7790 de chez JSR) ; épaisseur 1 .1 pm
Vitesse d 'étalement : 4500 tr/min pendant 30 secondes
Recuit « doux » sur plaq ue chauffante (« Soft Bake ») : 3 minutes à
110°C
Exposition à travers un masq ue pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance l umineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1 min
Rinçage à l 'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°C
- Gravure plasma RIE (g ravure par ions réactifs ou « Reactive Ion Etching ») SF6 ( Hexafluorure de soufre)
10 sccm de débit / 20 mTorr de pression partielle dans la chambre / 30 Watt de puissance d u générateur rad io fréquence
- Enlèvement de la Résine : utilisation, comme d issolvant, d 'Acétone puis isopropanol alcool puis eau déionisée.
Ainsi la couche de rig id ification 12 et la couche isolante 19 sont réal isées dans une même matière au cours d 'un même étape de dépôt de couche par photol ithog raphie.
La couche de rigidification 12 a, aux conditions standards de température et de pression ambiante de 25 °C et de pression absol ue de 0.986 atm . , un module d 'Young supérieur à celui du support rig ide 10.
La couche de rigidification 12 a, aux conditions standards de température et de pression ambiante de 25 °C et de pression absol ue de 0.986 atm . , un module d 'Young d'au moins 50G Pa, plus particulièrement d 'au moins lOOG Pa, de préférence compris entre 100 G Pa et 1 TPa (Térapascal) . Le rôle de cette couche de rigidification 12 est de définir les propriétés mécaniq ues de vibrations de la couche piézoélectrique, notamment sa fréquence de résonance. La couche de rigidification à une épaisseur d 'au moins 1 p m au- dessus de la couche 4 et de la couche 19.
En référence aux fig ures 9, 10 et 13 (la figure 9 correspondant à l 'ag rand issement de la zone 15 dél imitée sur la fig ure 13), le premier mode de réal isation de procédé selon l'invention comprend en outre une fabrication d 'une antenne 14 reliant la première électrode 6, 7 à la deuxième électrode 8, 9, lad ite antenne 14 faisant au moins un (de préférence plusieurs) tours autou r d 'un centre 20 (par exemple trois tours comme ill ustré sur la figure 13) de manière à dessiner une boucle fermée.
L'antenne 14 métall iq ue (typiq uement en cuivre ou en or) est fabriquée par électrodéposition sur la première électrode 7 et sur la deuxième électrode 9 (plus exactement sur la deuxième couche cond uctrice 4) et sur la couche isolante 19, selon les étapes suivantes :
- Réalisation d 'une couche d 'accroché (« Seed layer ») fine (épaisseur comprise entre 50 et 100 nm) typiq uement en Cuivre ou en or
- définition d u moule en résine épaisse
- dépôt électrolytiq ue de cuivre ou or
- Enlèvement d u moule de résine
L'épaisseur de l'antenne 14 est comprise entre 10 et 50 p m au- dessus de la couche 13.
Dans le cas il lustré sur la figure 13 ou la couche de matière piézoélectriq ue 5 a une forme de poutre s'étendant long itudinalement, cette poutre s'étend longitud inalement paral lèlement au plan de couche 3 à partir d u périmètre de la boucle et vers l'intérieur de la boucle, de préférence vers le centre 20 de la boucle.
L'antenne comprend deux extrémités et fait N tours autou r d u centre 20 (avec N un entier naturel) : une première de ses extrémités est connectée électriq uement à la première électrode 6, 7, une deuxième de ses extrémités est connectée à la deuxième électrode 8,9, et l'antenne 14 passe N- 1 fois au-dessus de la première électrode et de la deuxième électrode sans être en contact de ces électrodes pour chacun de ces passages. En effet, la couche isolante 19 est réalisée entre l 'antenne 14 et la première électrode 6, 7 et réal isée entre l'antenne 14 et la deuxième électrode 8, 9, au niveau de chacun de ces N- 1 passages où l'antenne 14 est superposée à la première électrode 6, 7 ou à la deuxième électrode 8, 9 de manière à éviter tout cours circuit entre la première électrode 6,7 et la deuxième électrode 8,9.
L'épaisseur totale des couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19 (et donc sans l'antenne 14 et sans la couche de polymère 11) est inférieure à 3 micromètres.
Recouyrement des couches de capteur par la couche de polymère 11
Pour la couche 11 (de préférence ainsi que pour la couche 24 introduite par la suite) on utilise un polymère qui, aux conditions standards de température et de pression ambiante de 25 °C et de pression absolue de 0.986 atm., possède un module d'Young inférieur à 50 GPa, plus particulièrement inférieur à IMPa (mégapascal), de préférence compris entre 0.3 MPa et IMPa.
L'épaisseur de la couche 11 de polymère est au minimum de 3 pm au-dessus des couches de capteur 2, 4, 5, 12, 19.
La couche de polymère 11 est fabriquée par un dépôt de Parylène (équipement SCS) ou de Polyimide 2611 (Epaisseur finale entre 20 et 60pm au-dessus de la couche 13, selon l'épaisseur de l'antenne 14 comprise entre 10 et 50 pm au-dessus de la couche 13).
Les première 6, 7 et deuxième 8, 9 électrodes et la couche piézoélectrique 5 (de même que l'antenne 14 la couche de rigidification 12 et la couche isolante 19) sont situées entre la couche de polymère 11 et le support rigide 10.
Variante du premier mode de réalisation de procédé selon l'invention
En référence aux figures 14 et 15, dans une variante du premier mode de réalisation de procédé de fabrication selon l'invention dont les premières étapes viennent d'être décrites, l'antenne 14 et la couche isolante 19 ne sont pas fabriquées.
A la place, après la fabrication de la couche de polymère 11, on « libère » une partie de la première électrode 6, 7 en enlevant une partie de la couche de polymère 11 en contact avec la première électrode 6, 7 et on « libère » une partie de la deuxième électrode 8, 9 en enlevant une partie de la couche de polymère 11 en contact avec la deuxième électrode 8, 9.
Pour cela, on réal ise pour chacune des électrodes un trou 21 à travers la couche de polymère 11 permettant l'accès à chacune de ces électrodes pour une connexion électrique depuis l'extérieur du capteur 1 .
Chacun de ces trous 21 est réal isé (de préférence de manière simultanée) selon les étapes suivantes :
- Dépôt d 'une couche de métal 22 (Titane) d'épaisseu r 500 nm
Sous Argon à 1 10"2 mbar/ pendant 5 min
- Photolithographie de résine photosensible positive ( PFR7790 de chez JSR) ; épaisseur 1 .1 pm
Vitesse d 'étalement : 4500 tr/min pendant 30 sec
Recuit « doux » sur plaq ue chauffante (« Soft Bake ») : 3 minutes à
110°C
Exposition à travers un masq ue pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance l umineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1 min
Rinçage à l 'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°C
- Gravure liq uide (eau oxygénée à 30%) de la couche 22 de Titane
Pendant 3 min / Rinçage à l 'Eau Déionisée
- Gravure Plasma Oxygène de la couche de polymère 11 à travers la g ravure de la couche de titane 22 pour former chaque trou 21
- Enlèvement de la couche de Titane 22 : utilisation, comme d issolvant, d 'eau oxygénée à 30%
Retrait d u support rigide 10
Quelle q ue soit la variante d u premier mode de réal isation de procédé selon l'invention (avec l 'antenne 14 ou avec les trous 21 ), après le dépôt de la couche de polymère 11 , on retire d u support rigide 10 la superposition de couches de capteur, de sorte q ue les couches de capteur recouvertes par la couche de polymère 11 ne soient plus portées par le support rig ide 10. Pour retirer du support rigide 10 les couches de capteur, on détruit au moins partiellement le support rigide 10.
En référence aux figures 16 à 20, on procède de la manière suivante :
- Dépôt d'une couche métal 23 (aluminium) d'épaisseur 500 nm
Sous Argon à 1 10"2 mbar/ pendant 5 min
- Photolithographie de résine photosensible positive (PFR7790 de chez JSR) ; épaisseur 1.1 pm
Vitesse d'étalement : 4500 tr/min pendant 30 secondes
Recuit « doux » sur plaque chauffante (« Soft Bake ») : 3 minutes à
110°C
Exposition à travers un masque pendant 4 secondes à 6,5 mW/cm2 de puissance lumineuse UV
Développement de la résine (développeur PRD238 de chez OMG) pendant 1min
Rinçage à l'Eau Déionisée
Recuit sur plaque chauffante (« Hard Bake ») : 3min à 110°C
- Gravure liquide (Al etch ANT 760-30- 150 de chez OMG), Attaque de la couche d'aluminium 23 (une protection de la face avant est réalisée afin de pas graver l'aluminium en face avant, ex : dépôt de résine)
Pendant 3 min / Rinçage à l'Eau Déionisée
- Enlèvement de la résine : utilisation, comme dissolvant, d'Acétone puis isopropanol alcool puis eau déionisée.
- Gravure DRIE (gravure profonde par ions réactifs ou « Deap Reactive Ion Etching ») SF6 (Hexafluorure de soufre) / C4F8 (Octafluorocyclobutane) de la couche de silicium 63, arrêt par la couche d'oxyde 13 (résultat obtenu illustré sur la figure 17)
- Gravure RIE (gravure par ions réactifs ou « Reactive Ion Etching ») SF6 (Hexafluorure de soufre) et CHF3 (Trifluorométhane) de la couche d'oxyde 13 (résultat obtenu illustré sur la figure 18)
- Dépôt sur la face arrière (i.e. ou se trouvait le support rigide 10 avant d'être partiellement détruit) d'une nouvelle couche 24 de polymère (de préférence même polymère que pour la couche 11) ou de colle pour créer une surface autocollante (résultat obtenu illustré sur la figure 19) - découpe des structures : on retire ce qui reste des couches 23, 63 et 13 (résultat obtenu illustré sur la figure 20).
Toutes les figures 16 à 20 (ainsi que les suivantes 21 à 23) sont représentés avec des trous 21 hachurés et un contour d'antenne 14 en pointillés, selon que l'on considère que ces trous sont creusés (variante sans antenne 14) ou que ces trous sont remplis de polymère et n'ont pas été creusés (variante avec antenne 14).
Sur la figure 20, on remarque que la deuxième couche 24 de polymère est réalisée (après le retrait de l'au moins une partie du support 10) de sorte quejes couches de capteur soient encapsulées (c'est-à-dire contenues et de préférence enfermées) entre la première couche de polymère 11 et la deuxième couche de polymère 24.
Autres variantes du premier mode de réalisation de procédé selon l'invention .
En référence aux figures 21 et 23, la couche de rigidification 12 peut être fabriquée avant la première électrode 6, 7 et la deuxième électrode 8, 9 (et donc avant la couche 19 isolante).
Lors de la fabrication du capteur 1 , la couche de rigidification 12 n'est donc pas située entre les électrodes, 6, 7, 8, 9 et la couche de polymère 11 (cas précédent de la figure 20) mais est située entre les électrodes 6, 7, 8, 9 et le support rigide 10.
En référence aux figures 22 et 23, la couche 13 d'oxyde de silicium peut faire partie des couches de capteur ; dans ce cas, elle n'est pas détruite ou retirée.
Premier procédé d'utilisation du capteur 1.
Un premier mode de réalisation de procédé d'utilisation du capteur 1 selon l'invention est un mode de réalisation « passif » ne nécessitant pas d'excitation externe au capteur 1 à part le signal devant être détecté.
Dans ce premier mode de réalisation :
- on applique (par exemple par une surface autocollante 24) le capteur 1 sur un objet (corps humain ou animal, ou objet inerte ni humain ni animal) puis - pour chaque pulsation ou vibration ou déformation dudit objet, la pulsation ou vibration ou déformation déforme la couche piézoélectrique 5, engendrant une variation de charge électrique dans les électrodes 6, 7 ; 8, 9.
- pour chaque variation de charge électrique, on détecte cette variation de charge électrique.
Dans le cas particulier de pulsations ou vibrations ou déformations périodiques, on déduit ensuite, à partir de cette détection, une fréquence ou une période temporelle de ces pulsations ou vibrations ou déformations périodiques.
Par exemple:
- on applique (par exemple via une surface autocollante) le capteur 1 sur un corps humain ou animal (à proximité d'une veine ou artère), puis
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la veine et la peau environnante ce qui entraine une déformation de la couche piézoélectrique 5, engendrant une variation de charge électrique dans les électrodes 6, 7 ; 8, 9 (proportionnelle à la déformation de la veine (amplitude et temps)).
- pour chaque variation de charge électrique, on détecte cette variation de charge électrique, et
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence ou une période cardiaque du corps.
Deuxième procédé d'utilisation du capteur 1 (avec antenne 14 intégrée ou non).
Un deuxième mode de réalisation de procédé d'utilisation du capteur 1 selon l'invention est un mode de réalisation « actif » nécessitant une excitation externe au capteur 1 en plus du signal devant être détecté.
Dans ce deuxième mode de réalisation :
- on applique (par exemple par une surface autocollante 24) le capteur 1 sur objet (corps humain ou animal, ou objet inerte ni humain ni animal), puis - on émet un champ électromagnétique 26 par une électronique d'excitation 25, puis
- le champ électromagnétique 26 est capté par l'antenne 14 ou par une antenne connectée aux électrodes 6, 7 et 8, 9 à travers les trous 21, engendrant dans cette antenne un courant électrique à une fréquence fl égale à une fréquence fO de résonance du capteur au repos (i.e. en l'absence de contrainte et de déformation de la couche piézoélectrique 5 qui est au repos) ou à une harmonique de cette fréquence fO de résonnance,
- pour chaque pulsation ou vibration ou déformation dudit objet parmi plusieurs pulsations ou vibrations ou déformations, la pulsation ou vibration ou déformation déforme la couche piézoélectrique 5, provoquant une variation Df de la fréquence de résonance,
- pour chaque variation Df de la fréquence de résonance, on réceptionne par une électronique de mesure 25 un signal 27 oscillant à une fréquence fl + Df,
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence ou une période temporelle des pulsations ou vibrations ou déformations. Par exemple :
- on applique (par exemple via une surface autocollante) le capteur sur un corps humain ou animal (à proximité d'une veine ou artère), puis
- on émet un champ électromagnétique 26 par une électronique d'excitation 25, puis
- le champ électromagnétique 26 est capté par l'antenne 14 ou par une antenne connectée aux électrodes 6, 7 et 8, 9 à travers les trous 21, engendrant dans cette antenne un courant électrique à une fréquence fl égale à une fréquence fO de résonance du capteur au repos (i.e. en l'absence de contrainte et de déformation de la couche piézoélectrique 5 qui est au repos) ou à une harmonique de cette fréquence fO de résonnance,
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la veine et la peau environnante ce qui entraine une déformation de la couche piézoélectrique 5, provoquant une variation Df de la fréquence de résonance,
- pour chaque variation Df de la fréquence de résonance, on réceptionne par une électronique de mesure 25 un signal 27 oscillant à une fréquence fl + Df,
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence ou une période cardiaque du corps.
L'électronique d'excitation et l'électronique de mesure est illustrée sur les figures 24 et 25.
En référence à la figure 24, le capteur 1 est excité à sa fréquence fondamentale de résonance (mécanique) ou à une harmonique (mécanique).
A ces fréquences le capteur 1 se comporte comme un filtre RLC série en parallèle à une capacité C0 statique.
Un amplificateur à gain contrôlé 28 est rebouclé sur lui-même à travers le primaire d'un transformateur (mutuelle inductance entre les deux spires), le capteur étant branché au secondaire.
Le circuit se comporte comme un oscillateur dont la fréquence dépend de la fréquence de fonctionnement du capteur 1 (fréquence fondamentale de résonance ou harmonique mécanique).
La variation de fréquence est due à la variation de contrainte mécanique appliquée au capteur.
Une utilisation In-vivo de ce capteur peut être envisagée en choisissant judicieusement les matériaux utilisés et en encapsulant le capteur dans un packaging spécifique (exemple « Titanium polymer » en couche mince)
En référence à la figure 25, on a une transformation du signal sinusoïdal 27 en signal carré à l'aide d'un comparateur, puis une mesure de la fréquence f0 + Df à l'aide d'un compteur, une détermination de la valeur de la fréquence sous format numérique, puis un traitement du signal.
La figure 26 présente les résultats d'une utilisation d'un capteur selon l'invention. Un capteur fabriqué selon le procédé de l'invention permet de mesurer la déformation artérielle induite par l'influx sanguin (onde de pouls) et ainsi apporte une information en accord avec l'électrocardiographie ou ECG (identification de l'activité électrique du cœur). Cette mesure reposant sur des amplitudes physiques, le capteur peut apporter des informations supplémentaires inaccessibles jusqu'à présent telles que les contraintes appliquées aux artères (élasticité, encombrement...) . En outre, étant donné la faible épaisseur du capteur, notamment des couches de polymère l'encapsulant et sa souplesse, il permet une mesure sensible et en continu (e.g . utilisable lors des activités d'un sujet) .
La partie A de la figure 26 est une courbe d'ECG obtenue sur un sujet sain de 30 ans par des électrodes commerciales de type COM EPA et un amplificateur d'instrumentation médicale du commerce (axe des abscisses : unité arbitraire de temps ; axe des ordonnées : unité arbitraire) .
La partie B de la figure 26 est une courbe obtenue sur ce même sujet simultanément à la partie A avec un capteur selon l'invention correspondant au mode de réalisation illustré sur la figure 20 (mais sans antenne 14), en mettant en œuvre un procédé de mesure venant d'être décrit, ce capteur étant collé par un sparadrap sur la veine jugulaire de ce sujet (axe des abscisses : unité arbitraire de temps ; axe des ordonnées : unité arbitraire) . Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention .
Par exemple, la forme de la couche piézoélectrique 5 peut avoir, vue de dessus, pas nécessairement une forme de poutre, mais peut avoir une forme de croix, une forme circulaire ou une forme de doigts interdigités.
De plus, on peut remplacer les couches de silicium 63 et d'oxyde de silicium 13 par un support rigide 10 en verre.
Il est en outre possible de ne pas retirer la totalité du support rigide 10 mais plutôt de laisser une partie du support rigide 10 (cette partie restante n'ayant alors plus pour rôle de porter les couches de capteur) par exemple en dessous de la couche piézoélectrique afin de laisser une masse pour d'autre mode de fonctionnement des capteurs (ex : microphone) .
Dans une variante de la figure 19, la couche de polymère 24 recouvre également les parties numérotées 10, 63 et 23. Dans une variante de chacune des figures 20, 21, 22 et 23, (après découpe) la « largeur » (définie horizontalement dans le plan de ces figures) de la couche de polymère 11 est réduite à la « largeur » de la couche de polymère 24 qui définit la taille du capteur.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.
Par exemple, un procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre la « libération » des électrodes (réalisation des trous 21) et la fabrication de l'antenne 14, les trous 21 et l'antenne 14 n'étant pas incompatibles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un capteur piézoélectrique (1), comprenant les étapes suivantes :
- on fabrique, sur un support (10), une superposition de couches de capteur (2, 4, 5, 12, 19), les couches de capteur comprenant une couche de matière piézoélectrique (5) comprise entre une première électrode (6, 7) et une deuxième électrode (8, 9), la première électrode n'étant pas en contact de la deuxième électrode, puis
- alors que les couches de capteur (2, 4, 5, 12, 19) sont toujours portées par le support (10), on recouvre les couches de capteur par une première couche de polymère (11), puis
- on retire, de la superposition de couches de capteur, au moins une partie du support (10).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fabrique, après le retrait de l'au moins une partie du support, une deuxième couche (24) de polymère de sorte que les couches de capteur (2, 4, 5, 12, 19) soient encapsulées entre la première couche de polymère (11) et la deuxième couche de polymère (24).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on retire, de la superposition de couches de capteur, la totalité du support (10).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (10) est un support rigide ayant, à des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absolue de 0.986 atm., un module d'Young supérieur à 100 GPa.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la superposition les couches de capteur comprend une première couche conductrice (2), et une deuxième couche conductrice (4), chacune des première (2) et deuxième (4) couches conductrices comprenant deux parties, une première partie (6) de la première couche conductrice étant en contact avec une première partie (7) de la deuxième couche conductrice, une deuxième partie (8) de la première couche conductrice étant en contact avec une deuxième partie (9) de la deuxième couche conductrice, la première électrode (6, 7) étant formé par la première partie de la première couche conductrice et par la première partie de la deuxième couche conductrice, la deuxième électrode (8, 9) étant formé par la deuxième partie de la première couche conductrice et par la deuxième partie de la deuxième couche conductrice, la couche de matière piézoélectrique (5) étant comprise au moins en partie entre la première couche conductrice et la deuxième couche conductrice.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une fabrication d'une antenne reliant la première électrode à la deuxième électrode, ladite antenne faisant un ou plusieurs tours de manière à dessiner une boucle fermée.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche piézoélectrique (5) a une forme de poutre s'étendant longitudinalement et en ce que la poutre s'étend longitudinalement à partir du périmètre de la boucle et vers l'intérieur de la boucle.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que les couches de capteur comprennent une couche isolante, réalisée entre l'antenne et la première électrode et réalisée entre l'antenne et la deuxième électrode, au niveau de zones où l'antenne est superposée à la première électrode ou à la deuxième électrode.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche isolante est réalisée dans une matière isolante électriquement, ayant une résistivité électrique supérieure à 103 ohm. cm à des conditions standards ambiantes de température de 25 °C et de pression absolue de 0.986 atm.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches de capteur comprennent en outre une couche de rigidification (12) superposée à la couche piézoélectrique.
11. Procédé selon la revendication 10 considérée comme dépendante de la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la couche de rigidification et la couche isolante sont réalisées dans une même matière au cours d'une même étape de dépôt de couche.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur totale des couches de capteur (2, 4, 5, 12, 19) est inférieure à 3 micromètres.
13. Capteur (1) obtenu par un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes.
14. Procédé d'utilisation d'un capteur obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on applique le capteur (1) sur un corps humain ou animal, puis
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la couche piézoélectrique (5), engendrant une variation de charge électrique dans les électrodes (6, 7 ; 8, 9). - pour chaque variation de charge électrique, on détecte cette variation de charge électrique, et
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence cardiaque du corps.
15. Procédé d'utilisation d'un capteur obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on applique le capteur sur un corps humain ou animal, puis
- on émet un champ électromagnétique par une électronique d'excitation, puis
- le champ électromagnétique est capté par une antenne connectée électriquement à la première électrode (6, 7) et à la deuxième (8, 9) électrode du capteur (1), engendrant dans l'antenne un courant électrique à une fréquence fl égale à une fréquence fO de résonance du capteur au repos ou à une harmonique de cette fréquence fO de résonnance,
- pour chaque pulsation cardiaque dudit corps parmi plusieurs pulsations, la pulsation cardiaque déforme la couche piézoélectrique (5), provoquant une variation Df de la fréquence de résonance,
- pour chaque variation Df de la fréquence de résonance, on réceptionne par une électronique de mesure un signal oscillant à une fréquence fl + Df,
- on déduit, à partir de ces détections, une fréquence cardiaque du corps.
PCT/EP2014/060617 2013-05-24 2014-05-23 Procede de fabrication d'un capteur piezoelectrique souple WO2014187937A1 (fr)

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