WO2017093252A1 - Thermal pattern sensor comprising an upper pyroelectric portion with high thermal conductivity - Google Patents

Thermal pattern sensor comprising an upper pyroelectric portion with high thermal conductivity Download PDF

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WO2017093252A1
WO2017093252A1 PCT/EP2016/079137 EP2016079137W WO2017093252A1 WO 2017093252 A1 WO2017093252 A1 WO 2017093252A1 EP 2016079137 W EP2016079137 W EP 2016079137W WO 2017093252 A1 WO2017093252 A1 WO 2017093252A1
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pyroelectric
sensor
pixel
polyvinylidene fluoride
heating element
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PCT/EP2016/079137
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French (fr)
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Abdelkader Aliane
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Safran
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Definitions

  • the invention relates to a thermal pattern sensor, or temporal temperature variation transducer in a difference of electrical potentials, comprising pyroelectric capacitors, advantageously used to perform a fingerprint capture.
  • the invention applies to the field of active type sensors, that is to say comprising at least one heating element intended to heat the pixels.
  • thermal detection means may correspond to pyroelectric elements, diodes, thermistors or any other temperature-sensitive element that makes it possible to convert a temperature variation into a variation of potential or electrical current.
  • Fingerprint detection can be performed by so-called "passive" sensors exploiting a difference between the temperature of the finger and that of the sensor, as described in the documents US Pat. No. 4,394,773, US Pat. No. 4,429,413 and US Pat. No. 6,289,114.
  • sensors have the disadvantage of making a measurement which depends solely on the difference between the temperature of the finger and that of the sensor. It may therefore happen that the level of the signal obtained is zero when the finger and the sensor are at the same temperature, or that the contrast of the captured images varies, which then poses problems during the subsequent processing of the images obtained (for example , a reversal of the temperatures causes a reversal of the obtained image).
  • each pixel comprises a pyroelectric capacitor formed of two electrodes superimposed one above the other and between which a portion of pyroelectric material is disposed, and a heating element.
  • This heating element dissipates a certain amount of heat in the pixel, and heating of the pixel is measured after a certain acquisition time in the presence of the finger on the sensor.
  • pyroelectric capacitors are manufactured vertically with a heating element made around, or above and beside, electrodes of the capacitance.
  • a heating element made around, or above and beside, electrodes of the capacitance.
  • the heating element is not effective because the pyroelectric material, for example PVDF (polyvinylidene fluoride) or P (VDF-TrFE) (poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)), is not a good thermal conductor, the transfer of heat inside the pyroelectric capacitor being very weak.
  • the temperature difference between the peaks and the valleys in the layer of pyroelectric material, representative of the sensitivity of the sensor is therefore also very small. Due to this small difference in temperature, it is necessary to inject a large power into the heating element, generating a significant current consumption by the sensor.
  • the heating element is made from the same conductive layer as that used for producing one of the electrodes, there is a problem of space between this electrode and the heating element, and a compromise must be made between the space occupied by the heating element and that occupied by the electrode.
  • An object of the present invention is to provide a thermal pattern sensor whose sensitivity is improved, consuming less current to heat its pixels and to overcome the understanding between the surface occupied by the electrodes and that occupied by the heating element.
  • the invention proposes a thermal pattern sensor comprising a plurality of pixels, each pixel comprising at least one pyroelectric capacitor formed by, or comprising, at least one stack comprising at least:
  • a lower pyroelectric portion disposed on the lower electrode and comprising a material A corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
  • an upper pyroelectric portion disposed on the lower pyroelectric portion and comprising a compound formed of or comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one copolymer of polyvinylidene fluoride and nanoparticles and / or microparticles; a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of the perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
  • a heating element comprising at least one portion of electrically conductive material disposed between the lower and upper pyroelectric portions and such that one or more portions of the lower pyroelectric portion are in direct contact with one or more portions of the upper pyroelectric portion;
  • an upper electrode disposed on the upper pyroelectric portion.
  • the upper pyroelectric portion material is a compound formed of, or comprising, PVDF and / or at least one PVDF copolymer, referred to as a semi-crystalline matrix, or semicrystalline material B, in which nanoparticles are dispensed and /or some microparticles, or nanocrystals and / or microcrystals, of a material C corresponding to:
  • nanoparticles and / or microparticles added in the material B of the upper pyroelectric portion make it possible to improve the thermal conductivity of the upper pyroelectric portion.
  • the portion of pyroelectric material lying on the thermal pattern side to be detected has an improved thermal conductivity, which makes it possible to obtain a better heat exchange and a better sensitivity when in contact with the thermal pattern to be detected thanks to the use of this compound.
  • This better sensitivity is also due to the fact that the pyroelectric material of the upper portion has a better thermal conductivity than that of the pyroelectric material of the lower portion, thus improving the temperature difference obtained between the upper pyroelectric portion and the lower pyroelectric portion when a measurement of a thermal pattern, and to maintain good values for the pyroelectric capacitances formed.
  • the arrangement of the heating element between the two portions of pyroelectric materials also contributes to this improvement of the sensitivity of the sensor.
  • the finger present on the sensor absorbs the heat energy provided by the heating element thanks to the good thermal conductivity of the upper pyroelectric portions of the pixels, and a variation of significant temperature will be present in the lower pyroelectric portions of the pixels.
  • this increase in the temperature difference makes it possible to reduce the electrical power to be injected into the heating element.
  • the pyroelectric power of the upper pyroelectric portion is not diminished by the presence of the material C because this material has also pyroelectric properties and allows in particular to increase the pyroelectric coefficient of the upper pyroelectric portion.
  • the arrangement of the heating element within the pyroelectric material, between the lower and upper pyroelectric portions, makes it possible to solve the problems of space between the heating element and one of the electrodes.
  • Said at least one polyvinylidene fluoride copolymer of at least one of the lower and upper pyroelectric portions may correspond to poly (vinylidene-trifluoroethylene fluoride) (or P (VDF-TrFE)) and / or poly (fluoride vinylidene-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) (or P (VDF-TrFE-CFE)) and / or poly (vinylidene-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene fluoride) (or P (VDF-TrFE-CTFE)).
  • the sensor can be such that:
  • the pyroelectric material of crystalline structure of the perovskite type comprises BaTiO 3 and / or PbZrTiO 3 and / or BaSrTiO 3 and / or CaSrTiO 3 and / or
  • a proportion by weight of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion is between about 5% and 20%, and / or
  • the nanoparticles and / or the microparticles of the material C are distributed randomly in the compound of the upper pyroelectric portion, and / or
  • the portion of electrically conductive material of the heating element may comprise several conductive segments joined one after the other forming a continuous conductive portion and between which the lower pyroelectric portion is directly in contact with the upper pyroelectric portion, and / or the portion of electrically conductive material of the heating element may be traversed by at least one opening at which the lower pyroelectric portion is directly in contact with the upper pyroelectric portion.
  • the heating element comprises a plurality of conductive segments, these segments may be arranged such that they form a coil pattern.
  • the portion of electrically conductive material of the heating element may be traversed by a plurality of regularly distributed openings in the portion of electrically conductive material.
  • the lower electrode may comprise a titanium layer with a thickness of between approximately 50 nm and 500 nm and a TiN layer with a thickness of between approximately 10 nm and 500 nm
  • the upper electrode may comprise a layer of titanium with a thickness between about 30 nm and 100 nm and a layer of AISi or AICu of thickness between about 100 nm and 700 nm.
  • the AISi or AICu layer passivates the titanium layer, thus protecting the titanium against oxidation.
  • the AISi or AICu layer does not react with the pyroelectric material if it is deposited directly in contact with this pyroelectric material.
  • the thickness of the lower pyroelectric portion and / or the thickness of the upper pyroelectric portion may be between about 1 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the pixels may be disposed on a front face of a substrate so that the lower pyroelectric portion of each pixel is disposed between the substrate and the upper pyroelectric portion of said pixel.
  • the pixels may be arranged forming a matrix of plural lines and columns, and the pixel heating elements of each of the pixel lines may be formed by a continuous portion of electrically conductive material. Such a configuration is advantageous when the pixels are read line by line because only one heating command can then be applied for all the pixels of the same line to be read.
  • One of the lower and upper electrodes of each pixel may be electrically connected to a fixed electrical potential, for example to the ground of the sensor.
  • the other of the lower and upper electrodes of each pixel can in this case serve as read electrode of the pixel, that is to say form the electrode on which the electrical charges generated in the pyroelectric capacitor are intended to be read .
  • the sensor may further comprise a protective layer covering said stack of each pixel and having openings forming access to electrical contacts of the lower and upper electrodes of each pixel.
  • the sensor may be a fingerprint sensor.
  • the sensor may be able to carry out a piezoelectric detection or a temperature detection.
  • the invention also relates to a method for producing a thermal pattern sensor comprising a plurality of pixels, each pixel comprising at least one pyroelectric capacitor formed by, or comprising, at least one stack obtained at least the implementation of the following steps:
  • the upper pyroelectric portion comprising a compound formed of or comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one copolymer of polyvinylidene fluoride, and nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
  • FIG. 1 and 2 respectively show a top view and a sectional view of a pixel of a thermal pattern sensor object of the present invention, according to a particular embodiment
  • FIGS. 3 to 8 show simulations of temperature difference variations between the lower and upper pyroelectric portions in thermal pattern sensor pixels
  • FIGS. 9A to 91 represent steps of a method for producing a thermal pattern sensor, object of the present invention, according to a particular embodiment
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of a heating element of a thermal pattern sensor object of the present invention.
  • FIG. 1 represents a view from above of a pixel 102 of a thermal pattern sensor 100 according to a particular embodiment
  • FIG. represents a sectional view of this same pixel 102, showing in particular a pyroelectric capacitance of the pixel 102 which forms the element of thermal detection of the pixel 102.
  • the sensor 100 corresponds to a fingerprint sensor.
  • the different superimposed elements of the pixel 102 are represented as being transparent in order to make them visible.
  • the sensor 100 comprises a substrate 104 corresponding for example to a glass substrate or a semiconductor substrate such as silicon.
  • a substrate 104 of glass can be advantageously used when the sensor 100 comprises a read circuit made from thin film transistor (TFT) transistors, whereas a semiconductor substrate 104 can be used when the reading circuit of the sensor 100 comprises transistors made in MOS technology.
  • the substrate 104 may also be a flexible substrate, comprising for example a plastic material such as polyimide and / or PEN (polyethylene naphthalate) and / or PET (polyethylene terephthalate), on which electronic components of the sensor 100 are made by printed electronic technology (for example via an embodiment with ink jet type writing heads, or by lithography on plastic, or in TFT technology on flexible plastic substrate or metal).
  • the sensor 100 has several pixels 102 arranged forming a matrix of several lines and several columns of pixels 102.
  • Each of the pixels 102 of the sensor 100 comprises measurement means, or detection, thermal forming a pyroelectric capacitance.
  • Each pyroelectric capacitance comprises:
  • At least one lower electrode 106 electrically conductive and disposed on a front face 108 of the substrate 104;
  • At least one lower pyroelectric portion 110 comprising pyroelectric material and disposed at least on the lower electrode 106 (in FIG. 2), a portion of the pyroelectric material forming the lower pyroelectric portion 110 also extends on the front face 108 of the substrate 104, next to the lower electrode 106); at least one upper pyroelectric portion 112 comprising pyroelectric material and disposed on the lower pyroelectric portion 110;
  • a heating element 114 formed by at least one portion of electrically conductive material disposed between the lower and upper pyroelectric portions 110, 112;
  • At least one upper electrode 116 electrically conductive and disposed on the upper pyroelectric portion 112.
  • the pyroelectric material of the lower pyroelectric portion 110 is called material A and corresponds to PVDF and / or at least one copolymer of PVDF such as P (VDF-TrFE) and / or P (VDF-TrFE-CFE) and / or P (VDF-TrFE-CTFE).
  • the pyroelectric material of the upper pyroelectric portion 112 is a compound comprising on the one hand a material B corresponding to PVDF and / or at least one copolymer of PVDF such as P (VDF-TrFE) and / or P ( VDF-TrFE-CFE) and / or P (VDF-TrFE-CTFE), and secondly nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to:
  • PVDF polyvinyl ether styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-styrene-co-co-co-co-co-co-co-co-co-co-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-styrene-sty
  • VDF-TrFE-CFE and / or P (VDF-TrFE-CTFE).
  • the pyroelectric material of the upper pyroelectric portion 112 corresponds to a compound formed of P (VDF-TrFE) (material B) and nanoparticles of BaTiO 3 (material C).
  • the materials A and B are similar, which facilitates the production of the pyroelectric portions 110, 112 of the sensor 100.
  • the percentage by weight, or charge rate, of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion 112 is for example between about 5% and 50%, and preferably between about 5% and 20% or between about 10% and 20%.
  • pyroelectric materials of crystalline structure of the perovskite type can replace the BaTiO3 such as titanium lead zirconate (PZT) (PbZrTiOs), strontium titanate and barium (BaSrTiOs), strontium titanate and calcium (CaSrTiOs), titano-zirconate barium (BaZrTiOs), titanate strontium (SrTiOs).
  • PZT titanium lead zirconate
  • BaSrTiOs strontium titanate and barium
  • CaSrTiOs strontium titanate and calcium
  • titano-zirconate barium BaZrTiOs
  • TiOs titanate strontium
  • each of the pyroelectric portions 110, 112 is for example between about 1 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the electrodes 106, 116 each comprise at least one electrically conductive material, for example a metallic material such as Ti and / or Pt and / or Ni and / or Au and / or Al and / or Ag and / or AISi and / or AICu.
  • the lower electrode 106 is formed of a Ti / TiN stack, with a titanium thickness between about 50 nm and 500 nm and a TiN thickness between about 10 nm and 500 nm
  • upper electrode 116 is formed of a Ti / AISi or Ti / AICu type stack with a titanium thickness between about 30 nm and 100 nm and a thickness of AISi or AICu between about 100 nm and 700 nm .
  • the thickness of each of the electrodes 106, 116 may be between about 10 nm and 800 nm.
  • Each of the electrodes 106, 116 may be electrically contacted via electrical contacts, one referenced 107 corresponding to that of the lower electrode 106 and the other referenced 109 corresponding to that of the upper electrode 116, formed from the same or the same conductive layers having served for the realization of the electrodes 106, 116.
  • One of the electrodes 106, 116 for example the lower electrode 106, is electrically connected to the mass of the sensor 100 and the other electrode, by
  • the upper electrode 116 serves as a reading electrode of the pixel 102, that is to say an electrode on which the electrical charges generated by the pyroelectric capacitance of the pixel are recovered via the electrical contact 109.
  • the heating element 114 is made of the pyroelectric material of the pixel 102, between the pyroelectric portions 110 and 112.
  • the heating element 114 is formed by a portion of at least one electrically conductor, for example a metallic material such as Ti and / or Pt and / or Ni and / or Au and / or Al and / or Ag and / or AISi and / or AICu., in the form of a coil , that is to say formed of several first conductive segments arranged next to each other and parallel to each other, and electrically connected in series at their ends by second conductive segments arranged substantially perpendicular to the first segments.
  • a metallic material such as Ti and / or Pt and / or Ni and / or Au and / or Al and / or Ag and / or AISi and / or AICu.
  • the width WL of the conductive segments forming the heating element 114 is for example between about 1 ⁇ and 20 ⁇
  • the length L of the first conductive segments of the heating element 114 is for example between about 50 ⁇ and 500 ⁇
  • the width W of the serpentine pattern formed by these conductive segments is for example between about 25 ⁇ and 500 ⁇ .
  • the portion of electrically conductive material of the heating element 114 is such that portions of the lower pyroelectric portion 110 are directly in contact with portions of the upper pyroelectric portion 112. In the embodiment described with reference to FIGS. 2, this contact is obtained between the conductive segments forming the coil. Thus, at these portions of the pyroelectric portions 110, 112 in direct contact with each other, the lower and upper electrodes 106, 116 are directly opposite one another, without a conductive portion of the The heating element 114 is interposed between the electrodes 106, 116, which makes it possible to have the pyroelectric capacitance forming between the electrodes 106, 116 without the heating element 114 being seen as an electrode.
  • the heating element 114 is able to heat the materials of the pyroelectric portions 110 and 112 by Joule effect thanks to a current flowing from a first end 113 to a second end 115 of the heating element 114.
  • a heating signal (voltage or constant current) is applied to the first end 113 of the heating element 114, and a current therefore flows in the heating element 114, which causes its heating as well as that of the pyroelectric material portions 110, 112.
  • the arrangement of the heating element 114 within the entire pyroelectric material formed by the pyroelectric portions 110 and 112 makes it possible to improve the heating, in terms of heat distribution and heating intensity, of the pyroelectric material. relative to a heating element that would be disposed on or beside the pyroelectric material.
  • no problem of space or arrangement between this heating element 114 and the electrodes 106, 116 arises since the heating element 114 is not made from the same level of electrically conductive material than those used for producing the electrodes 106, 116.
  • the presence of the heating element 114 between the pyroelectric portions 110, 112 is not a problem for the reading of the pixels 102. Indeed, during the reading, the heating element 114 can be connected to the ground, the value of the pyroelectric capacitance being read by direct current. Thus, the heating element 114 does not disturb this reading.
  • the heating element 114 is in direct contact with the entire pyroelectric material of the pyroelectric capacitors.
  • the heating of the pixels 102 carried out by this heating element 114 is therefore optimal and maximized because of the arrangement of the heating element 114 within the pyroelectric material of the pixel 102.
  • the heat generated by the heating element 114 is thus diffused vertically and sent directly into the pyroelectric material pyroelectric portions 110, 112.
  • the upper electrode 116 is covered, at the portion of the pixel 102 on which a finger is intended to come to rest, by a protective layer 118, an upper face 120 corresponds to the surface on which is the thermal pattern intended to be detected by the sensor 100, for example a finger whose fingerprint is intended to be detected.
  • This protective layer 118 may comprise preferentially ZnO and / or ⁇ and / or IGZO ("Indium Galium Zinc Oxide") and / or ⁇ ("I ndium Zinc Oxide”) and / or ⁇ ("Antimony Tin Oxide”) and / or ⁇ 2 ⁇ 3 and / or SiN weakly constrained at low temperature.
  • this protective layer 118 is made such that it is neither too thermally resistive (because the heat would not cross it), nor too thermally conductive (because the heat would leave in this case on the sides, towards the other pixels, causing diathermy within the sensor), neither too thick (to have a heat transfer between the front face 120 and the pyroelectric capacitor), nor too thin (the thickness of the layer 118 is still sufficient for its protective role to be fulfilled).
  • This layer 118 may for example comprise a PMMA-based resin having a thickness of approximately 2 ⁇ . According to other examples, the layer 118 may comprise ZnO of thickness equal to about 2 ⁇ , or IGZO of thickness equal to about 1 ⁇ , or alternatively PVDF of thickness equal to about 1 ⁇ .
  • FIGS. 3 and 4 represent results of simulations carried out for a pixel 102 as previously described in connection with FIGS. 1 and 2, in which the lower pyroelectric portion 110 comprises P (VDF-TrFE) and the upper pyroelectric portion 112 comprises P (VDF-TrFE) in which nanoparticles, or na-crystals, of BaTiO 3 are randomly dispensed with a loading rate of about 15%.
  • the abscissa represents the time during which the heating element 114 carries out the heating of the pixel 102, with a constant power of about
  • the curve 10 of FIG. 3 represents a variation of a temperature difference between the pyroelectric portions 110, 112 (the temperatures are considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) obtained for a pixel 102. as previously described when this pixel 102 is in contact with air, corresponding for example to the case of a pixel 102 which would be in contact with a valley of a fingerprint.
  • Curve 18 of FIG. 4 represents the difference between the values of curve 12 and those of curve 10, thus representing the temperature difference obtained between a pixel in contact with air and a pixel in contact with the skin. for the sensor 100.
  • the curve 14 of FIG. 3 represents the variation of the temperature difference between the lower and upper pyroelectric portions 110, 112 (temperatures considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) obtained for a pixel 102 of structure similar to that for which the curves 10 and 12 have been obtained but whose upper pyroelectric portion is composed of P (VDF-TrFE) in which nanoparticles, or nano-crystals, of P (VDF-TrFE) are distributed in a manner random, when this pixel 102 is in contact with air.
  • Curve 20 of FIG. 4 represents the difference between the values of curve 16 and those of curve 14, thus representing the temperature difference obtained between such a pixel 102 in contact with air and such a pixel 102 in contact with skin for this superior pyroelectric portion sensor composed of P (VDF-TrFE) and nanoparticles of P (VDF-TrFE).
  • the fact of using the compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles in the upper pyroelectric portion 112 increases the detection sensitivity in the pyroelectric capacitance with a ⁇ equal to 0.93 K between two pixels, one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, and a ⁇ equal to 0.72 K when the upper pyroelectric portion comprises a compound of P (VDF-TrFE) / nanoparticles of P (VDF-TrFE ), during a measurement carried out at a duration of approximately 200 ⁇ ((values derived from curves 18 and 20).
  • This improvement is due to the good heat transfer between the heating element 114 and the valleys / ridges of the finger via the upper pyroelectric portion 112 composed of materials B and C and disposed above the heating element 114.
  • This good thermal conductivity is ensured by the presence of the material C, advantageously distributed randomly, in the matrix formed by the material B in the upper pyroelectric portion 112.
  • curve 30 represents the difference between the values of curve 24 and those of curve 22, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with air for this sensor with lower and upper pyroelectric portions each comprising a compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles
  • curve 32 represents the difference between the values of curve 28 and those of curve 26, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with the skin for this lower and upper pyroelectric portion sensor each comprising a compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles.
  • the difference in temperature between two pixels one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, in the lower and upper pyroelectric portion sensor each comprising a compound P (VDF-TrFE) / nanoparticles of BaTi03, corresponding to the difference between curves 30 and 32, is at most 0.05 K, which is much lower than the values of curves 18 and 20 which represent the temperature difference between two pixels, one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, in a sensor of which only the upper pyroelectric portion comprises the addition of the material C.
  • the curves shown in FIGS. 5 and 6 show that the sensitivity obtained for a sensor whose lower and upper pyroelectric portions each comprise a compound of materials B and C is lower than when only the upper pyroelectric portion comprises such a compound and that the lower pyroelectric portion has only P (VDF-TrFE). This is because the presence of the material C improves the thermal conductivity of the pyroelectric material, but this improvement in the thermal conductivity of the pyroelectric material is only desirable in the pyroelectric portion close to the thermal pattern to be detected in order to maintain a good difference of temperature between the lower and upper pyroelectric portions, and thus obtain a sensor 100 having a good measurement sensitivity.
  • the curve represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for a pixel in contact with air, and the curve represents the temperature variation obtained in the upper pyroelectric portion for this same pixel.
  • Curve 34 also represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for a pixel in contact with the skin, and curve 38 represents the temperature variation obtained in the pyroelectric portion. higher for this same pixel.
  • curve 40 represents the difference between the values of curve 34 and those of curve 36, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with air for this sensor
  • curve 42 represents the difference between the values of the curve 34 and those of the curve 38, thus representing the temperature difference obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with the skin for this sensor .
  • FIGS. 9A to 91 A method for producing a pyroelectric capacitance of a pixel 102 of the sensor 100 similar to that of FIGS. 1 and 2 is described with reference to FIGS. 9A to 91.
  • the sensor 100 is made from the substrate 104.
  • the material of the substrate 104 (glass, semiconductor, plastic, etc.) is chosen according to the technology with which the various electronic elements of the sensor 100 are made.
  • the substrate 104 is first cleaned to remove residues present thereon. The type of cleaning implemented is a function of the material of the substrate 104.
  • the second step is to deposit on the front face 108 of the substrate
  • the layer 150 may comprise one or more of the materials previously described to form the lower electrode 106 of the sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the layer 150 may be deposited in the PVD vapor phase by sputtering. screen printing, spraying or even by inkjet, depending on the materials to be deposited and their thicknesses. The thickness of the layer 150 corresponds to the desired thickness of the lower electrode 106.
  • the structure of the lower electrode 106 and of the electrical contact 107 is defined by implementing a photolithography and etching step of the layer 150 (for example by plasma or by wet etching).
  • the lower electrode 106 and the electrical contact 107 could be directly formed by a localized deposit that does not require implementation of an etching.
  • a first layer of pyroelectric material intended to form the lower pyroelectric portion 110 is then deposited on the entire structure previously made.
  • This first layer of pyroelectric material (material A) is for example deposited by spin coating (spin coating), with a thickness of between about 1 ⁇ and 5 ⁇ depending on the desired thickness for the lower pyroelectric portion 110.
  • annealing is then carried out at a temperature for example between about 80 ° C and 100 ° C for a period of time for example between about 10 and 30 minutes. This annealing makes it possible to crystallize the pyroelectric material.
  • Photolithography and etching are then implemented in order to remove a portion of the layer of pyroelectric material covering the electrical contact 107 of the lower electrode 106 (FIG. 9C ).
  • a localized deposit may be implemented, such as screen printing or vaporization, or even ink jet deposition, to obtain directly the lower pyroelectric portion 110 as shown in Figure 9C.
  • At least one second electrically conductive layer 152 for forming the heating element 114 is then deposited on the structure obtained at this stage of the process, thus covering the lower pyroelectric portion 110 (FIG. 9D).
  • the layer 152 may comprise one or more of the materials previously described to form the heating element 114 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2. Depending on the nature of the material of the layer 152, it can be deposited by PVD, inkjet, vaporization or screen printing. Parts not shown in Figure 9D of the layer 152 are intended to form the ends 113 and 115 across which the heating signal is intended to be applied.
  • the heating element 114 is then formed by the implementation of a photolithography step and an etching step of the layer 152 previously deposited according to the pattern of the heating element 114, for example in the form of several segments. together forming a serpentine pattern, as previously described in conjunction with Figures 1 and 2 ( Figure 9E).
  • a localized deposit of the layer 152 may be implemented to directly obtain the heating element 114 without implementation of an etching.
  • a second layer of pyroelectric material 154 intended to form the upper pyroelectric portion 112 is then produced over the entire structure previously obtained.
  • the layer 154 corresponds to a layer of PVDF and / or at least one copolymer of PVDF (material B) in which nanoparticles and / or microparticles of at least one pyroelectric material of structure are advantageously dispensed in a random manner.
  • the layer 154 is deposited by the implementation of a spin coating, a vaporization or a screen printing, with a thickness (at the level of the heating element 114) corresponding to that desired for the upper pyroelectric portion 112.
  • the layer 154 is annealed at a temperature for example between about 90 ° C and 120 ° C for a period of time for example between about 5 minutes and 1 hour. This annealing makes it possible to finalize the evaporation of the solvents used to form the layer 154 and to crystallize the pyroelectric material of the layer 154.
  • Photolithography and etching steps of the layer 154 are then implemented, forming the upper pyroelectric portion 112 (FIG. 9G).
  • This etching may be implemented using for example a plasma type C 4 Fs / 02, SF6 / O2 or CF 4/0 2.
  • the conductive portions remaining from layers 150 and 152 previously deposited and which are not positioned under the upper pyroelectric portion 112 serve as an etch stop layer.
  • This etching makes it possible, in particular, to reveal the electrical contact 107 previously covered by the layer 154, as well as a portion 155 of the layer 152 intended to serve for producing the electrical contact 109.
  • At least a third electrically conductive layer is then deposited on the entire structure previously made, and etched to form the upper electrode 116 and the electrical contact 109 of the upper electrode 116 ( Figure 9H).
  • the nature of the material or materials of this electrically conductive layer, as well as the thickness of this layer may correspond to the material and thickness examples previously described for the upper pyroelectric portion 112 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2.
  • the etching implemented may correspond to plasma etching or wet etching, depending on the nature of the material to be etched.
  • the pixel 102 is then completed by depositing and etching the protective layer 118 (FIG. 91).
  • the material or materials of the protective layer 118 may correspond to those previously described for the protective layer 118 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2.
  • the deposition of the material of the protective layer 118 may be done physically (PVD) at low temperature or liquid (spin coating, spraying or inkjet).
  • the etching implemented makes it possible, in particular, to form accesses to the electrical contacts 107, 109 through the protective layer 118.
  • the protective layer 118 is formed from the deposit in a localized manner and it is not necessary to implement an etching of this material.
  • the materials of the pyroelectric portions 110, 112 comprise PVDF and / or at least one of the PVDF copolymers, it is necessary to implement, before the first use of the sensor 100, an initial polarization step of the pyroelectric materials of the pyroelectric portions 110, 112 by applying a DC voltage across these materials, via the electrodes 106, 116, to obtain a pyroelectric coefficient of these materials adapted to thermal detection.
  • This polarization is performed only once for the entire lifetime of the pyroelectric materials.
  • This DC bias can be at room temperature or hot (up to about 100 ° C).
  • the polarization When the polarization is carried out at a room temperature, it is possible to apply a DC voltage up to about 120 V / ⁇ (Volt per micron spacing between the two electrodes 106, 116) for a duration for example between about 1 and 5 minutes.
  • a DC voltage for example between about 50 and 80 V / ⁇ can be applied for a period of time for example between about 1 and 5 minutes. The temperature is then lowered until the ambient temperature is reached, then the electric field applied to the pyroelectric materials, via the applied DC voltage, is stopped.
  • Such polarization allows the pyroelectric materials portions 110, 112 to reach pyroelectric coefficients between about 30 and 80 ⁇ ⁇ ( ⁇ 2 . ⁇ ), depending on the loading rate of the nanoparticles / microparticles of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion 112.
  • the pixel array 102 of the sensor 100 is read line by line by means of selection transistors integrated in each pixel 102 and via an electronic reading circuit arranged in columns (not shown in the figures) making it possible to carry out a direct reading. charges generated by each pixel (current reading), or to perform a voltage reading of the pixels 102 via the use of a transistor mounted voltage follower.
  • the senor 100 is used as a fingerprint detector.
  • the sensor 100 can be used to carry out a detection of thermal patterns other than fingerprints, because each pixel 102 of the sensor 100 reads the heat capacity placed above it and this whatever the nature of the thermal pattern detected. So, a A sensor comprising pixels 102 as previously described may be able to carry out a piezoelectric detection or to carry out a temperature detection.
  • the senor 100 can be used for producing a non-cooled infrared imager.
  • the pixels 102 of the sensor 100 are in this case integrated on a CCD or CMOS type optical sensor collecting the electrical charges generated by the sensor 100.
  • Such an imager comprises in addition, an infrared lens filtering the light arriving on the sensor 100.
  • the imager comprises a device that successively block the infrared light arriving on the sensor 100 and then let this light.
  • Such a device may correspond to a "chopper", that is to say a wheel provided with a hole and rotating in front of the sensor 100.
  • An absorber element may be added to the pyroelectric material of the pixels 102 in order to improve absorption of the infrared radiation received.
  • the heating element 114 is constructed as segments of electrically conductive material serially connected to each other in a serpentine pattern.
  • the heating element 114 may correspond to one or more portions of electrically conductive material of a shape other than a coil.
  • FIG. 10 Another embodiment of the heating element 114 is shown in FIG. 10.
  • the electrically conductive portion forming the heating element 114 corresponds to a rectangular metal line of width "W" for example between about 25.degree. ⁇ and 500 ⁇ and length "L" between about 50 ⁇ and 500 ⁇ .
  • Holes 122 of diameter d for example between about 1 ⁇ and 10 ⁇ are made through the portion of electrically conductive material forming the heating element 114.
  • the heating element 114 is structured in such a way that portions of the lower and upper pyroelectric portions 110, 112 are in direct contact with each other, and thus portions of the electrodes 106, 116 are in contact with each other. look at each other without portions of the heating element 114 electrodes 106, 116 are arranged between these portions. This allows the electrodes 106, 112 and the pyroelectric material to form the pyroelectric capacitance such that the electrodes 106, 116 form conductive reinforcements between which a dielectric material formed by the materials of the pyroelectric portions 110, 112, is arranged. In the example previously described in connection with FIG.
  • the serpentine shape of the heating element 114 allows portions of the electrodes 106, 116 to be facing each other between the electrically conductive segments forming the coil.
  • the holes 122 also allow this formation of the pyroelectric capacitance.
  • the electrical power injected into the heating element 114 can be between about 0.5 mW / pixel and 5 mW / pixel.

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Abstract

The invention relates to a thermal pattern sensor (100) comprising a plurality of pixels (102) each including a pyroelectric capacitor made up of a stack including: a lower electrode (106); a lower pyroelectric portion (110) arranged on the lower electrode and including PVDF and/or a PVDF copolymer; an upper pyroelectric portion (112) arranged on the lower pyroelectric portion and comprising a compound made from PVDF and/or a PVDF copolymer, and from nanoparticles and/or microparticles of a pyroelectric material with a perovskite and/or ZnO and/or PVDF and/or a PVDF copolymer crystalline structure; a heating element (114) including a portion of electrically conductive material arranged between the pyroelectric portions such that one or more portions of the lower pyroelectric portion are directly in contact against the upper pyroelectric portion; and an upper electrode (116) arranged on the upper pyroelectric portion.

Description

CAPTEUR DE MOTIF THERMIQUE COMPORTANT UNE PORTION PYROELECTRIQUE SUPERIEURE A FORTE CONDUCTIVITE THERMIQUE  THERMAL PATTERN SENSOR COMPRISING A HIGH PYROELECTRIC PORTION WITH HIGH THERMAL CONDUCTIVITY
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR DESCRIPTION TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
L'invention se rapporte à un capteur de motif thermique, ou transducteur de variation temporelle de température en une différence de potentiels électriques, comportant des capacités pyroélectriques, avantageusement utilisé pour réaliser une capture d'empreinte digitale. L'invention s'applique au domaine des capteurs de type actif, c'est-à-dire comprenant au moins un élément chauffant destiné à chauffer les pixels. The invention relates to a thermal pattern sensor, or temporal temperature variation transducer in a difference of electrical potentials, comprising pyroelectric capacitors, advantageously used to perform a fingerprint capture. The invention applies to the field of active type sensors, that is to say comprising at least one heating element intended to heat the pixels.
I l est connu de réaliser un ca pteur d'empreinte digitale comportant des moyens de détection thermique. Ces moyens de détection thermique peuvent correspondre à des éléments pyroélectriques, des diodes, des thermistances ou tout autre élément sensible à la température permetta nt de convertir une variation de température en une variation de potentiel ou de courant électrique.  It is known to provide a fingerprint sensor comprising thermal detection means. These thermal detection means may correspond to pyroelectric elements, diodes, thermistors or any other temperature-sensitive element that makes it possible to convert a temperature variation into a variation of potential or electrical current.
La détection d'empreinte digitale peut être réalisée par des capteurs dits « passifs » exploitant une différence entre la température du doigt et celle du capteur, comme décrit dans les documents US 4 394 773, US 4 429 413 et US 6 289 114. Ces capteurs ont toutefois pour inconvénient de réaliser une mesure qui dépend uniquement de la différence entre la température du doigt et celle du capteur. I l peut donc arriver que le niveau du signal obtenu soit nul lorsque le doigt et le capteur sont à la même température, ou que le contraste des images capturées varie, ce qui pose alors des problèmes lors du traitement ultérieur des images obtenues (par exemple, une inversion des températures entraîne une inversion de l'image obtenue).  Fingerprint detection can be performed by so-called "passive" sensors exploiting a difference between the temperature of the finger and that of the sensor, as described in the documents US Pat. No. 4,394,773, US Pat. No. 4,429,413 and US Pat. No. 6,289,114. However, sensors have the disadvantage of making a measurement which depends solely on the difference between the temperature of the finger and that of the sensor. It may therefore happen that the level of the signal obtained is zero when the finger and the sensor are at the same temperature, or that the contrast of the captured images varies, which then poses problems during the subsequent processing of the images obtained (for example , a reversal of the temperatures causes a reversal of the obtained image).
Pour éliminer les problèmes soulevés par les capteurs thermiques passifs, et surtout dans le cas d'une acquisition statique où le doigt ne bouge pas, des capteurs d'empreintes dits « actifs » ont été proposés, comme par exemple ceux décrits dans les documents US 6 091 837 et EP 2 385 486 Al. Dans un tel capteur, chaque pixel comporte une capacité pyroélectrique formée de deux électrodes superposées l'une a u- dessus de l'autre et entre lesquelles une portion de matériau pyroélectrique est disposée, et un élément chauffant. Cet élément chauffant dissipe une certaine quantité de chaleur dans le pixel, et réchauffement du pixel est mesuré au bout d'un certain temps d'acquisition en présence du doigt sur le capteur. Cela permet de distinguer, au niveau de chaque pixel, la présence d'une crête ou d'une vallée de l'empreinte détectée suivant que la chaleur est absorbée par la peau (pixel en présence d'une crête de l'empreinte) ou conservée dans le pixel (pixel en présence d'une vallée de l'empreinte). Cela conduit à une température finale plus faible dans le cas d'un pixel en présence d'une crête de l'empreinte, où la chaleur est absorbée par la peau, par rapport à un pixel en présence d'une vallée de l'empreinte. To eliminate the problems raised by passive heat sensors, and especially in the case of a static acquisition where the finger does not move, so-called "active" fingerprint sensors have been proposed, such as those described in the US documents 6 091 837 and EP 2 385 486 A1. In such a sensor, each pixel comprises a pyroelectric capacitor formed of two electrodes superimposed one above the other and between which a portion of pyroelectric material is disposed, and a heating element. This heating element dissipates a certain amount of heat in the pixel, and heating of the pixel is measured after a certain acquisition time in the presence of the finger on the sensor. This makes it possible to distinguish, at the level of each pixel, the presence of a peak or a valley of the detected imprint according to whether the heat is absorbed by the skin (pixel in the presence of a crest of the impression) or preserved in the pixel (pixel in the presence of a valley of the footprint). This leads to a lower final temperature in the case of a pixel in the presence of a peak of the footprint, where the heat is absorbed by the skin, compared to a pixel in the presence of a valley of the footprint .
Dans la littérature, les capacités pyroélectriques sont fabriquées verticalement avec un élément chauffant réalisé autour, ou au-dessus et à côté, des électrodes de la capacité. Une telle disposition de l'élément chauffant n'est pas efficace car le matériau pyroélectrique, par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène) ou le P(VDF-TrFE) (poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène)), n'est pas un bon conducteur thermique, le transfert de la chaleur à l'intérieur de la capacité pyroélectrique étant très faible. La différence de température entre les crêtes et les vallées dans la couche de matériau pyroélectrique, représentative de la sensibilité du capteur, est donc également très faible. En raison de cette faible différence de température, il est nécessaire d'injecter une puissance importante dans l'élément chauffant, engendrant une consommation de courant importante par le capteur. Enfin, lorsque l'élément chauffant est réalisé à partir d'une même couche conductrice que celle servant à la réalisation d'une des électrodes, il se pose un problème d'encombrement entre cette électrode et l'élément chauffant, et un compromis doit être fait entre la place occupée par l'élément chauffant et celle occupée par l'électrode.  In the literature, pyroelectric capacitors are manufactured vertically with a heating element made around, or above and beside, electrodes of the capacitance. Such an arrangement of the heating element is not effective because the pyroelectric material, for example PVDF (polyvinylidene fluoride) or P (VDF-TrFE) (poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)), is not a good thermal conductor, the transfer of heat inside the pyroelectric capacitor being very weak. The temperature difference between the peaks and the valleys in the layer of pyroelectric material, representative of the sensitivity of the sensor, is therefore also very small. Due to this small difference in temperature, it is necessary to inject a large power into the heating element, generating a significant current consumption by the sensor. Finally, when the heating element is made from the same conductive layer as that used for producing one of the electrodes, there is a problem of space between this electrode and the heating element, and a compromise must be made between the space occupied by the heating element and that occupied by the electrode.
EXPOSÉ DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un capteur de motif thermique dont la sensibilité est améliorée, consommant moins de courant pour chauffer ses pixels et permettant de s'affranchir du compris entre la surface occupée par les électrodes et celle occupée par l'élément chauffant. An object of the present invention is to provide a thermal pattern sensor whose sensitivity is improved, consuming less current to heat its pixels and to overcome the understanding between the surface occupied by the electrodes and that occupied by the heating element.
Pour cela, l'invention propose un capteur de motif thermique comportant plusieurs pixels, chaque pixel comprenant au moins une capacité pyroélectrique formée par, ou comportant, au moins un empilement comprenant au moins :  For this, the invention proposes a thermal pattern sensor comprising a plurality of pixels, each pixel comprising at least one pyroelectric capacitor formed by, or comprising, at least one stack comprising at least:
- une électrode inférieure ;  a lower electrode;
- une portion pyroélectrique inférieure disposée sur l'électrode inférieure et comprenant un matériau A correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  a lower pyroelectric portion disposed on the lower electrode and comprising a material A corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- une portion pyroélectrique supérieure disposée sur la portion pyroélectrique inférieure et comportant un composé formé de, ou comprenant, un matériau B correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène, et de nanoparticules et/ou de microparticules d'un matériau C correspondant à un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou du ZnO et/ou du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  an upper pyroelectric portion disposed on the lower pyroelectric portion and comprising a compound formed of or comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one copolymer of polyvinylidene fluoride and nanoparticles and / or microparticles; a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of the perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- un élément chauffant comprenant au moins une portion de matériau électriquement conducteur disposée entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure et telle qu'une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique inférieure soient directement en contact contre une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique supérieure ;  a heating element comprising at least one portion of electrically conductive material disposed between the lower and upper pyroelectric portions and such that one or more portions of the lower pyroelectric portion are in direct contact with one or more portions of the upper pyroelectric portion;
- une électrode supérieure disposée sur la portion pyroélectrique supérieure.  an upper electrode disposed on the upper pyroelectric portion.
II est proposé de réaliser une capacité pyroélectrique améliorée en performances en utilisant deux portions distinctes de matériau pyroélectrique de compositions différentes séparées l'une de l'autre par l'élément chauffant. Le matériau de portion pyroélectrique supérieure est un composé formé de, ou comprenant du, PVDF et/ou d'au moins un copolymère du PVDF, appelé matériau B, formant une matrice, ou film, semi-cristallin dans laquelle sont dispensées des nanoparticules et/ou des microparticules, ou des nanocristaux et/ou microcristaux, d'un matériau C correspondant à : It is proposed to achieve an improved performance pyroelectric capacitor by using two distinct portions of pyroelectric material of different compositions separated from each other by the heating element. The upper pyroelectric portion material is a compound formed of, or comprising, PVDF and / or at least one PVDF copolymer, referred to as a semi-crystalline matrix, or semicrystalline material B, in which nanoparticles are dispensed and /or some microparticles, or nanocrystals and / or microcrystals, of a material C corresponding to:
- un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou  a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or
- du ZnO et/ou  - ZnO and / or
- du PVDF et/ou  - PVDF and / or
- au moins un copolymère du PVDF.  at least one copolymer of PVDF.
Ces nanoparticules et/ou microparticules ajoutées dans le matériau B de la portion pyroélectrique supérieure permettent d'améliorer la conductivité thermique de la portion pyroélectrique supérieure. Ainsi, seule la partie de matériau pyroélectrique se trouvant du côté du motif thermique à détecter présente une conductivité thermique améliorée, ce qui permet d'obtenir un meilleur échange thermique et une meilleure sensibilité au contact avec le motif thermique à détecter grâce à l'emploi de ce composé. Cette meilleure sensibilité est également due au fait que le matériau pyroélectrique de la portion supérieure présente une meilleure conductivité thermique que celle du matériau pyroélectrique de la portion inférieure, améliorant ainsi la différence de température obtenue entre la portion pyroélectrique supérieure et la portion pyroélectrique inférieure lors d'une mesure d'un motif thermique, et permettant de conserver des bonnes valeurs pour les capacités pyroélectriques formées.  These nanoparticles and / or microparticles added in the material B of the upper pyroelectric portion make it possible to improve the thermal conductivity of the upper pyroelectric portion. Thus, only the portion of pyroelectric material lying on the thermal pattern side to be detected has an improved thermal conductivity, which makes it possible to obtain a better heat exchange and a better sensitivity when in contact with the thermal pattern to be detected thanks to the use of this compound. This better sensitivity is also due to the fact that the pyroelectric material of the upper portion has a better thermal conductivity than that of the pyroelectric material of the lower portion, thus improving the temperature difference obtained between the upper pyroelectric portion and the lower pyroelectric portion when a measurement of a thermal pattern, and to maintain good values for the pyroelectric capacitances formed.
En outre, la disposition de l'élément chauffant entre les deux portions de matériaux pyroélectriques contribue également à cette amélioration de la sensibilité du capteur. Par exemple, lorsque le capteur correspond à un capteur d'empreinte digitale, le doigt présent sur le capteur absorbe bien l'énergie thermique fournie par l'élément chauffant grâce à la bonne conductivité thermique des portions pyroélectriques supérieures des pixels, et une variation de température importante sera présente dans les portions pyroélectriques inférieures des pixels. Par rapport aux capteurs de l'art antérieur, cette augmentation de la différence de température permet de réduire la puissance électrique devant être injectée dans l'élément chauffant.  In addition, the arrangement of the heating element between the two portions of pyroelectric materials also contributes to this improvement of the sensitivity of the sensor. For example, when the sensor corresponds to a fingerprint sensor, the finger present on the sensor absorbs the heat energy provided by the heating element thanks to the good thermal conductivity of the upper pyroelectric portions of the pixels, and a variation of significant temperature will be present in the lower pyroelectric portions of the pixels. Compared to the sensors of the prior art, this increase in the temperature difference makes it possible to reduce the electrical power to be injected into the heating element.
De plus, le pouvoir pyroélectrique de la portion pyroélectrique supérieure n'est pas amoindri par la présence du matériau C car ce matériau présente également des propriétés pyroélectriques et permet notamment d'augmenter le coefficient pyroélectrique de la portion pyroélectrique supérieure. In addition, the pyroelectric power of the upper pyroelectric portion is not diminished by the presence of the material C because this material has also pyroelectric properties and allows in particular to increase the pyroelectric coefficient of the upper pyroelectric portion.
Enfin, la disposition de l'élément chauffant au sein du matériau pyroélectrique, entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure, permet de résoudre les problèmes d'encombrement entre l'élément chauffant et l'une des électrodes.  Finally, the arrangement of the heating element within the pyroelectric material, between the lower and upper pyroelectric portions, makes it possible to solve the problems of space between the heating element and one of the electrodes.
Ledit au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène d'au moins l'une des portions pyroélectriques inférieure et supérieure peut correspondre à du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène) (ou P(VDF-TrFE)) et/ou du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène- chlorofluoroéthylène) (ou P(VDF-TrFE-CFE)) et/ou du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène-chlorotrifluoroéthylène) (ou P(VDF-TrFE-CTFE)).  Said at least one polyvinylidene fluoride copolymer of at least one of the lower and upper pyroelectric portions may correspond to poly (vinylidene-trifluoroethylene fluoride) (or P (VDF-TrFE)) and / or poly (fluoride vinylidene-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) (or P (VDF-TrFE-CFE)) and / or poly (vinylidene-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene fluoride) (or P (VDF-TrFE-CTFE)).
Le capteur peut être tel que :  The sensor can be such that:
- le matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite comporte du BaTi03 et/ou du PbZrTi03 et/ou du BaSrTi03 et/ou du CaSrTi03 et/ou du the pyroelectric material of crystalline structure of the perovskite type comprises BaTiO 3 and / or PbZrTiO 3 and / or BaSrTiO 3 and / or CaSrTiO 3 and / or
BaTiZr03 et/ou du SrTi03, et/ou BaTiZrO3 and / or SrTiO3, and / or
- une proportion en poids du matériau C dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure est comprise entre environ 5 % et 20 %, et/ou  a proportion by weight of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion is between about 5% and 20%, and / or
- les nanoparticules et/ou les microparticules du matériau C sont réparties de manière aléatoire dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure, et/ou  the nanoparticles and / or the microparticles of the material C are distributed randomly in the compound of the upper pyroelectric portion, and / or
- les matériaux A et B sont similaires.  materials A and B are similar.
La portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant peut comporter plusieurs segments conducteurs joints les uns à la suite des autres en formant une portion conductrice continue et entre lesquels la portion pyroélectrique inférieure est directement en contact avec la portion pyroélectrique supérieure, et/ou la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant peut être traversée par au moins une ouverture au niveau de laquelle la portion pyroélectrique inférieure est directement en contact avec la portion pyroélectrique supérieure. Lorsque la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant comporte plusieurs segments conducteurs, ces segments peuvent être disposés tels qu'ils forment un motif de serpentin. En variante, la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant peut être traversée par plusieurs ouvertures régulièrement réparties dans la portion de matériau électriquement conducteur. The portion of electrically conductive material of the heating element may comprise several conductive segments joined one after the other forming a continuous conductive portion and between which the lower pyroelectric portion is directly in contact with the upper pyroelectric portion, and / or the portion of electrically conductive material of the heating element may be traversed by at least one opening at which the lower pyroelectric portion is directly in contact with the upper pyroelectric portion. When the portion of electrically conductive material of the element The heating element comprises a plurality of conductive segments, these segments may be arranged such that they form a coil pattern. Alternatively, the portion of electrically conductive material of the heating element may be traversed by a plurality of regularly distributed openings in the portion of electrically conductive material.
L'électrode inférieure peut comporter une couche de titane d'épaisseur comprise entre environ 50 nm et 500 nm et une couche de TiN d'épaisseur comprise entre environ 10 nm et 500 nm, et/ou l'électrode supérieure peut comporter une couche de titane d'épaisseur comprise entre environ 30 nm et 100 nm et une couche d'AISi ou d'AICu d'épaisseur comprise entre environ 100 nm et 700 nm. Dans une telle configuration, la couche d'AISi ou d'AICu réalise une passivation de la couche de titane, protégeant ainsi le titane contre l'oxydation. De plus, la couche d'AISi ou d'AICu ne réagit pas avec le matériau pyroélectriques si elle est déposée directement en contact avec ce matériau pyroélectrique.  The lower electrode may comprise a titanium layer with a thickness of between approximately 50 nm and 500 nm and a TiN layer with a thickness of between approximately 10 nm and 500 nm, and / or the upper electrode may comprise a layer of titanium with a thickness between about 30 nm and 100 nm and a layer of AISi or AICu of thickness between about 100 nm and 700 nm. In such a configuration, the AISi or AICu layer passivates the titanium layer, thus protecting the titanium against oxidation. In addition, the AISi or AICu layer does not react with the pyroelectric material if it is deposited directly in contact with this pyroelectric material.
L'épaisseur de la portion pyroélectrique inférieure et/ou l'épaisseur de la portion pyroélectrique supérieure peut être comprise entre environ 1 μιη et 5 μιη.  The thickness of the lower pyroelectric portion and / or the thickness of the upper pyroelectric portion may be between about 1 μιη and 5 μιη.
Les pixels peuvent être disposés sur une face avant d'un substrat de sorte que la portion pyroélectrique inférieure de chaque pixel soit disposée entre le substrat et la portion pyroélectrique supérieure dudit pixel.  The pixels may be disposed on a front face of a substrate so that the lower pyroelectric portion of each pixel is disposed between the substrate and the upper pyroelectric portion of said pixel.
Les pixels peuvent être disposés en formant une matrice de plusieurs lignes et plusieurs colonnes, et les éléments chauffants des pixels de chacune des lignes de pixels peuvent être formés par une portion continue de matériau électriquement conducteur. Une telle configuration est avantageuse lorsque les pixels sont lus ligne par ligne car une seule commande de chauffage peut alors être appliquée pour tous les pixels d'une même ligne destinés à être lus.  The pixels may be arranged forming a matrix of plural lines and columns, and the pixel heating elements of each of the pixel lines may be formed by a continuous portion of electrically conductive material. Such a configuration is advantageous when the pixels are read line by line because only one heating command can then be applied for all the pixels of the same line to be read.
L'une des électrodes inférieure et supérieure de chaque pixel peut être reliée électriquement à un potentiel électrique fixe, par exemple à la masse du capteur. L'autre des électrodes inférieure et supérieure de chaque pixel peut dans ce cas servir d'électrode de lecture du pixel, c'est-à-dire former l'électrode sur laquelle les charges électriques générées dans la capacité pyroélectrique sont destinées à être lues. Le capteur peut comporter en outre une couche de protection recouvrant ledit empilement de chaque pixel et comportant des ouvertures formant des accès à des contacts électriques des électrodes inférieure et supérieure de chaque pixel. One of the lower and upper electrodes of each pixel may be electrically connected to a fixed electrical potential, for example to the ground of the sensor. The other of the lower and upper electrodes of each pixel can in this case serve as read electrode of the pixel, that is to say form the electrode on which the electrical charges generated in the pyroelectric capacitor are intended to be read . The sensor may further comprise a protective layer covering said stack of each pixel and having openings forming access to electrical contacts of the lower and upper electrodes of each pixel.
Le capteur peut être un capteur d'empreinte digitale. En variante, le capteur peut être apte à réaliser une détection piézoélectrique ou une détection de température.  The sensor may be a fingerprint sensor. In a variant, the sensor may be able to carry out a piezoelectric detection or a temperature detection.
L'invention porte également sur un procédé de réalisation d'un capteur de motif thermique comportant plusieurs pixels, chaque pixel comprenant au moins une capacité pyroélectrique formée par, ou comprenant, au moins un empilement obtenu au moins la mise en œuvre des étapes suivantes :  The invention also relates to a method for producing a thermal pattern sensor comprising a plurality of pixels, each pixel comprising at least one pyroelectric capacitor formed by, or comprising, at least one stack obtained at least the implementation of the following steps:
- réalisation d'une électrode inférieure ;  - realization of a lower electrode;
- réalisation d'une portion pyroélectrique inférieure disposée sur l'électrode inférieure et comprenant un matériau A correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  - Making a lower pyroelectric portion disposed on the lower electrode and comprising a material A corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- réalisation d'un élément chauffant comprenant au moins une portion de matériau électriquement conducteur disposée sur la portion pyroélectrique inférieure ;  - Realization of a heating element comprising at least a portion of electrically conductive material disposed on the lower pyroelectric portion;
- réalisation d'une portion pyroélectrique supérieure sur la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant qui est telle qu'une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique inférieure soient directement en contact contre une partie ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique supérieure, la portion pyroélectrique supérieure comportant un composé formé de, ou comprenant, un matériau B correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène, et de nanoparticules et/ou de microparticules d'un matériau C correspondant à un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou du ZnO et/ou du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  - producing an upper pyroelectric portion on the portion of electrically conductive material of the heating element which is such that one or more portions of the lower pyroelectric portion are directly in contact with one or more parts of the upper pyroelectric portion, the upper pyroelectric portion comprising a compound formed of or comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one copolymer of polyvinylidene fluoride, and nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- réalisation d'une électrode supérieure disposée sur la portion pyroélectrique supérieure. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - Realization of an upper electrode disposed on the upper pyroelectric portion. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
- les figures 1 et 2 représentent respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'un pixel d'un capteur de motif thermique, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ;  - Figures 1 and 2 respectively show a top view and a sectional view of a pixel of a thermal pattern sensor object of the present invention, according to a particular embodiment;
- les figures 3 à 8 représentent des simulations de variations de différences de température entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure dans des pixels de capteurs de motif thermique ;  FIGS. 3 to 8 show simulations of temperature difference variations between the lower and upper pyroelectric portions in thermal pattern sensor pixels;
- les figures 9A à 91 représentent des étapes d'un procédé de réalisation d'un capteur de motif thermique, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ;  FIGS. 9A to 91 represent steps of a method for producing a thermal pattern sensor, object of the present invention, according to a particular embodiment;
- la figure 10 représente une variante de réalisation d'un élément chauffant d'un capteur de motif thermique, objet de la présente invention.  - Figure 10 shows an alternative embodiment of a heating element of a thermal pattern sensor object of the present invention.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.  Identical, similar or equivalent parts of the different figures described below bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.  The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.  The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not being exclusive of each other and can be combined with one another.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une vue de dessus d'un pixel 102 d'un capteur 100 de motif thermique selon un mode de réalisation particulier, et à la figure 2 qui représente une vue en coupe de ce même pixel 102, montrant notamment une capacité pyroélectrique du pixel 102 qui forme l'élément de détection thermique du pixel 102. Dans ce mode de réalisation particulier, le capteur 100 correspond à un capteur d'empreinte digitale. Sur la figure 1, les différents éléments superposés du pixel 102 sont représentés comme étant transparents afin de les rendre visibles. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS Referring firstly to FIG. 1, which represents a view from above of a pixel 102 of a thermal pattern sensor 100 according to a particular embodiment, and FIG. represents a sectional view of this same pixel 102, showing in particular a pyroelectric capacitance of the pixel 102 which forms the element of thermal detection of the pixel 102. In this particular embodiment, the sensor 100 corresponds to a fingerprint sensor. In FIG. 1, the different superimposed elements of the pixel 102 are represented as being transparent in order to make them visible.
Le capteur 100 comporte un substrat 104 correspondant par exemple à un substrat de verre ou un substrat de semi-conducteur tel que du silicium. Un substrat 104 de verre peut être avantageusement utilisé lorsque le capteur 100 comporte un circuit de lecture réalisé à partir de transistors TFT (transistor en couches minces, ou « Thin-Film Transistor »), tandis qu'un substrat 104 de semi-conducteur peut être utilisé lorsque le circuit de lecture du capteur 100 comporte des transistors réalisés en technologie MOS. Le substrat 104 peut également être un substrat souple, comprenant par exemple un matériau plastique tel que du polyimide et/ou du PEN (poly(naphtalate d'éthylène)) et/ou du PET (poly(téréphtalate d'éthylène)), sur lequel les composants électroniques du capteur 100 sont réalisés par technologie électronique imprimée (par exemple via une réalisation avec des têtes d'écriture de type jet d'encre, ou par lithographie sur plastique, ou encore en technologie TFT sur substrat souple de plastique ou de métal).  The sensor 100 comprises a substrate 104 corresponding for example to a glass substrate or a semiconductor substrate such as silicon. A substrate 104 of glass can be advantageously used when the sensor 100 comprises a read circuit made from thin film transistor (TFT) transistors, whereas a semiconductor substrate 104 can be used when the reading circuit of the sensor 100 comprises transistors made in MOS technology. The substrate 104 may also be a flexible substrate, comprising for example a plastic material such as polyimide and / or PEN (polyethylene naphthalate) and / or PET (polyethylene terephthalate), on which electronic components of the sensor 100 are made by printed electronic technology (for example via an embodiment with ink jet type writing heads, or by lithography on plastic, or in TFT technology on flexible plastic substrate or metal).
Bien qu'un seul pixel 102 soit représenté sur les figures 1 et 2, le capteur 100 comporte plusieurs pixels 102 disposés en formant une matrice de plusieurs lignes et plusieurs colonnes de pixels 102.  Although only one pixel 102 is shown in FIGS. 1 and 2, the sensor 100 has several pixels 102 arranged forming a matrix of several lines and several columns of pixels 102.
Chacun des pixels 102 du capteur 100 comporte des moyens de mesure, ou de détection, thermique formant une capacité pyroélectrique. Chaque capacité pyroélectrique comporte :  Each of the pixels 102 of the sensor 100 comprises measurement means, or detection, thermal forming a pyroelectric capacitance. Each pyroelectric capacitance comprises:
- au moins une électrode inférieure 106 électriquement conductrice et disposée sur une face avant 108 du substrat 104 ;  at least one lower electrode 106 electrically conductive and disposed on a front face 108 of the substrate 104;
- au moins une portion pyroélectrique inférieure 110 comportant du matériau pyroélectrique et disposée au moins sur l'électrode inférieure 106 (sur la figure 2, une partie du matériau pyroélectrique formant de la portion pyroélectrique inférieure 110 s'étend également sur la face avant 108 du substrat 104, à côté de l'électrode inférieure 106) ; - au moins une portion pyroélectrique supérieure 112 comportant du matériau pyroélectrique et disposée sur la portion pyroélectrique inférieure 110 ; at least one lower pyroelectric portion 110 comprising pyroelectric material and disposed at least on the lower electrode 106 (in FIG. 2), a portion of the pyroelectric material forming the lower pyroelectric portion 110 also extends on the front face 108 of the substrate 104, next to the lower electrode 106); at least one upper pyroelectric portion 112 comprising pyroelectric material and disposed on the lower pyroelectric portion 110;
- un élément chauffant 114 formé par au moins une portion de matériau électriquement conducteur disposée entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure 110, 112 ;  a heating element 114 formed by at least one portion of electrically conductive material disposed between the lower and upper pyroelectric portions 110, 112;
- au moins une électrode supérieure 116 électriquement conductrice et disposée sur la portion pyroélectrique supérieure 112.  at least one upper electrode 116 electrically conductive and disposed on the upper pyroelectric portion 112.
Le matériau pyroélectrique de la portion pyroélectrique inférieure 110 est appelé matériau A et correspond à du PVDF et/ou au moins un copolymère du PVDF tel que du P(VDF-TrFE) et/ou du P(VDF-TrFE-CFE) et/ou du P(VDF-TrFE-CTFE).  The pyroelectric material of the lower pyroelectric portion 110 is called material A and corresponds to PVDF and / or at least one copolymer of PVDF such as P (VDF-TrFE) and / or P (VDF-TrFE-CFE) and / or P (VDF-TrFE-CTFE).
Le matériau pyroélectrique de la portion pyroélectrique supérieure 112 est un composé comprenant d'une part d'un matériau B correspondant à du PVDF et/ou au moins un copolymère du PVDF tel que du P(VDF-TrFE) et/ou du P(VDF-TrFE-CFE) et/ou du P(VDF-TrFE-CTFE), et d'autre part des nanoparticules et/ou des microparticules d'un matériau C correspondant à :  The pyroelectric material of the upper pyroelectric portion 112 is a compound comprising on the one hand a material B corresponding to PVDF and / or at least one copolymer of PVDF such as P (VDF-TrFE) and / or P ( VDF-TrFE-CFE) and / or P (VDF-TrFE-CTFE), and secondly nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to:
- un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou  a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or
- du ZnO et/ou  - ZnO and / or
- du PVDF et/ou  - PVDF and / or
- au moins un copolymère du PVDF tel que du P(VDF-TrFE) et/ou du at least one copolymer of PVDF such as P (VDF-TrFE) and / or
P(VDF-TrFE-CFE) et/ou du P(VDF-TrFE-CTFE). P (VDF-TrFE-CFE) and / or P (VDF-TrFE-CTFE).
Dans le mode de réalisation particulier décrit ici, le matériau pyroélectrique de la portion pyroélectrique supérieure 112 correspond à un composé formé de P(VDF-TrFE) (matériau B) et de nanoparticules de BaTi03 (matériau C). De manière avantageuse, les matériaux A et B sont similaires, ce qui facilite la réalisation des portions pyroélectriques 110, 112 du capteur 100. Le pourcentage en poids, ou taux de charge, du matériau C dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure 112 est par exemple compris entre environ 5 % et 50 %, et avantageusement compris entre environ 5 % et 20 % ou entre environ 10 % et 20 %. D'autre types de matériaux pyroélectriques de structure cristalline de type pérovskite peuvent remplacer le BaTi03 comme par exemple le titano-zirconate de plomb (PZT) (PbZrTiOs), le titanate de strontium et de baryum (BaSrTiOs), le titanate de strontium et de calcium (CaSrTiOs), le titano-zirconate de baryum (BaZrTiOs), le titanate de strontium (SrTiOs). Les nanoparticules et/ou microparticules du matériau C sont avantageusement dispersées de manière aléatoire dans le matériau B. In the particular embodiment described herein, the pyroelectric material of the upper pyroelectric portion 112 corresponds to a compound formed of P (VDF-TrFE) (material B) and nanoparticles of BaTiO 3 (material C). Advantageously, the materials A and B are similar, which facilitates the production of the pyroelectric portions 110, 112 of the sensor 100. The percentage by weight, or charge rate, of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion 112 is for example between about 5% and 50%, and preferably between about 5% and 20% or between about 10% and 20%. Other types of pyroelectric materials of crystalline structure of the perovskite type can replace the BaTiO3 such as titanium lead zirconate (PZT) (PbZrTiOs), strontium titanate and barium (BaSrTiOs), strontium titanate and calcium (CaSrTiOs), titano-zirconate barium (BaZrTiOs), titanate strontium (SrTiOs). The nanoparticles and / or microparticles of the material C are advantageously dispersed randomly in the material B.
L'épaisseur de chacune des portions pyroélectriques 110, 112 est par exemple comprise entre environ 1 μιη et 5 μιη.  The thickness of each of the pyroelectric portions 110, 112 is for example between about 1 μιη and 5 μιη.
Les électrodes 106, 116 comportent chacune au moins un matériau électriquement conducteur, par exemple un matériau métallique tel que du Ti et/ou du Pt et/ou du Ni et/ou de l'Au et/ou de l'Ai et/ou de l'Ag et/ou de l'AISi et/ou de l'AICu. Dans une configuration avantageuse, l'électrode inférieure 106 est formée d'un empilement de Ti/TiN, avec une épaisseur de titane comprise entre environ 50 nm et 500 nm et une épaisseur de TiN comprise entre environ 10 nm et 500 nm, et l'électrode supérieure 116 est formée d'un empilement de type Ti/AISi ou Ti/AICu avec une épaisseur de titane comprise entre environ 30 nm et 100 nm et une épaisseur d'AISi ou d'AICu comprise entre environ 100 nm et 700 nm. De manière générale, l'épaisseur de chacune des électrodes 106, 116 peut être comprise entre environ 10 nm et 800 nm.  The electrodes 106, 116 each comprise at least one electrically conductive material, for example a metallic material such as Ti and / or Pt and / or Ni and / or Au and / or Al and / or Ag and / or AISi and / or AICu. In an advantageous configuration, the lower electrode 106 is formed of a Ti / TiN stack, with a titanium thickness between about 50 nm and 500 nm and a TiN thickness between about 10 nm and 500 nm, and upper electrode 116 is formed of a Ti / AISi or Ti / AICu type stack with a titanium thickness between about 30 nm and 100 nm and a thickness of AISi or AICu between about 100 nm and 700 nm . In general, the thickness of each of the electrodes 106, 116 may be between about 10 nm and 800 nm.
Chacune des électrodes 106, 116 peut être contactée électriquement via des contacts électriques, l'un référencé 107 correspondant à celui de l'électrode inférieure 106 et l'autre référencé 109 correspondant à celui de l'électrode supérieure 116, formés à partir de la même ou des mêmes couches conductrices ayant servies à la réalisation des électrodes 106, 116. L'une des électrodes 106, 116, par exemple l'électrode inférieure 106, est reliée électriquement à la masse du capteur 100 et l'autre électrode, par exemple l'électrode supérieure 116, sert d'électrode de lecture du pixel 102, c'est-à-dire d'électrode sur laquelle les charges électriques générées par la capacité pyroélectrique du pixel sont récupérées via le contact électrique 109.  Each of the electrodes 106, 116 may be electrically contacted via electrical contacts, one referenced 107 corresponding to that of the lower electrode 106 and the other referenced 109 corresponding to that of the upper electrode 116, formed from the same or the same conductive layers having served for the realization of the electrodes 106, 116. One of the electrodes 106, 116, for example the lower electrode 106, is electrically connected to the mass of the sensor 100 and the other electrode, by For example, the upper electrode 116 serves as a reading electrode of the pixel 102, that is to say an electrode on which the electrical charges generated by the pyroelectric capacitance of the pixel are recovered via the electrical contact 109.
L'élément chauffant 114 est réalisé dans le matériau pyroélectrique du pixel 102, entre les portions pyroélectriques 110 et 112. Sur l'exemple des figures 1 et 2, l'élément chauffant 114 est formé par une portion d'au moins un matériau électriquement conducteur, par exemple un matériau métallique tel que du Ti et/ou du Pt et/ou du Ni et/ou de l'Au et/ou de l'Ai et/ou de l'Ag et/ou de l'AISi et/ou de l'AICu., réalisée sous la forme d'un serpentin, c'est-à-dire formée de plusieurs premiers segments conducteurs disposés les uns à côté des autres et parallèlement les uns par rapport aux autres, et reliés électriquement en série au niveau de leurs extrémités par des deuxièmes segments conducteurs agencés sensiblement perpendiculairement aux premiers segments. La largeur WL des segments conducteurs formant l'élément chauffant 114 est par exemple comprise entre environ 1 μιη et 20 μιη, la longueur L des premiers segments conducteurs de l'élément chauffant 114 est par exemple comprise entre environ 50 μιη et 500 μιη, et la largeur W du motif en serpentin formé par ces segments conducteurs est par exemple comprise entre environ 25 μιη et 500 μιη. The heating element 114 is made of the pyroelectric material of the pixel 102, between the pyroelectric portions 110 and 112. In the example of FIGS. 1 and 2, the heating element 114 is formed by a portion of at least one electrically conductor, for example a metallic material such as Ti and / or Pt and / or Ni and / or Au and / or Al and / or Ag and / or AISi and / or AICu., in the form of a coil , that is to say formed of several first conductive segments arranged next to each other and parallel to each other, and electrically connected in series at their ends by second conductive segments arranged substantially perpendicular to the first segments. The width WL of the conductive segments forming the heating element 114 is for example between about 1 μιη and 20 μιη, the length L of the first conductive segments of the heating element 114 is for example between about 50 μιη and 500 μιη, and the width W of the serpentine pattern formed by these conductive segments is for example between about 25 μιη and 500 μιη.
La portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant 114 est telle que des parties de la portion pyroélectrique inférieure 110 sont directement en contact avec des parties de la portion pyroélectrique supérieure 112. Dans le mode de réalisation décrit en liaison avec les figures 1 et 2, ce contact est obtenu entre les segments conducteurs formant le serpentin. Ainsi, au niveau de ces parties des portions pyroélectriques 110, 112 en contact direct les unes avec les autres, les électrodes inférieure et supérieure 106, 116 sont directement en regard l'une avec l'autre, sans qu'une partie conductrice de l'élément chauffant 114 soit interposée entre les électrodes 106, 116, ce qui permet d'avoir la capacité pyroélectrique se formant entre les électrodes 106, 116 sans que l'élément chauffant 114 ne soit vu comme une électrode.  The portion of electrically conductive material of the heating element 114 is such that portions of the lower pyroelectric portion 110 are directly in contact with portions of the upper pyroelectric portion 112. In the embodiment described with reference to FIGS. 2, this contact is obtained between the conductive segments forming the coil. Thus, at these portions of the pyroelectric portions 110, 112 in direct contact with each other, the lower and upper electrodes 106, 116 are directly opposite one another, without a conductive portion of the The heating element 114 is interposed between the electrodes 106, 116, which makes it possible to have the pyroelectric capacitance forming between the electrodes 106, 116 without the heating element 114 being seen as an electrode.
L'élément chauffant 114 est apte à chauffer les matériaux des portions pyroélectriques 110 et 112 par effet Joule grâce à un courant circulant depuis une première extrémité 113 vers une deuxième extrémité 115 de l'élément chauffant 114. Lors du fonctionnement du capteur 100, un signal de chauffage (tension ou courant constant) est appliqué sur la première extrémité 113 de l'élément chauffant 114, et un courant circule donc dans l'élément chauffant 114, ce qui provoque son échauffement ainsi que celui du matériau pyroélectrique des portions 110, 112.  The heating element 114 is able to heat the materials of the pyroelectric portions 110 and 112 by Joule effect thanks to a current flowing from a first end 113 to a second end 115 of the heating element 114. During the operation of the sensor 100, a heating signal (voltage or constant current) is applied to the first end 113 of the heating element 114, and a current therefore flows in the heating element 114, which causes its heating as well as that of the pyroelectric material portions 110, 112.
Le fait que l'une des deux extrémités 113, 115 de l'élément chauffant 114 soit reliée à la masse confère également au capteur 100 une protection vis-à-vis des éventuelles décharges électrostatiques, les courants liés à ses décharges pouvant s'écouler dans ce cas à la masse via l'élément chauffant 114. Cette protection est obtenue lors de la lecture du capteur 100 au cours de laquelle les deux extrémités 113, 115 de l'élément chauffant 114 sont reliées à la masse. The fact that one of the two ends 113, 115 of the heating element 114 is connected to the ground also gives the sensor 100 a protection vis-à-vis the possible electrostatic discharges, the currents related to its discharges can flow in this case to the ground via the heating element 114. This protection is obtained during the reading of the sensor 100 during which the two ends 113, 115 of the heating element 114 are connected to ground.
La disposition de l'élément chauffant 114 au sein même de l'ensemble de matériau pyroélectrique formé par les portions pyroélectriques 110 et 112 permet d'améliorer le chauffage, en termes de répartition de la chaleur et d'intensité de chauffe, du matériau pyroélectrique par rapport à un élément chauffant qui serait disposé sur ou à côté du matériau pyroélectrique. De plus, avec une telle configuration, aucun problème d'encombrement ou de disposition entre cet élément chauffant 114 et les électrodes 106, 116 ne se pose puisque l'élément chauffant 114 n'est pas réalisé à partir du même niveau de matériau électriquement conducteur que ceux servant à la réalisation des électrodes 106, 116.  The arrangement of the heating element 114 within the entire pyroelectric material formed by the pyroelectric portions 110 and 112 makes it possible to improve the heating, in terms of heat distribution and heating intensity, of the pyroelectric material. relative to a heating element that would be disposed on or beside the pyroelectric material. In addition, with such a configuration, no problem of space or arrangement between this heating element 114 and the electrodes 106, 116 arises since the heating element 114 is not made from the same level of electrically conductive material than those used for producing the electrodes 106, 116.
La présence de l'élément chauffant 114 entre les portions pyroélectriques 110, 112 n'est pas gênante pour la lecture des pixels 102. En effet, lors de la lecture, l'élément chauffant 114 peut être relié à la masse, la valeur de la capacité pyroélectrique étant lue par courant continu. Ainsi, l'élément chauffant 114 ne perturbe pas cette lecture.  The presence of the heating element 114 between the pyroelectric portions 110, 112 is not a problem for the reading of the pixels 102. Indeed, during the reading, the heating element 114 can be connected to the ground, the value of the pyroelectric capacitance being read by direct current. Thus, the heating element 114 does not disturb this reading.
Dans cette configuration, l'élément chauffant 114 est directement en contact avec l'ensemble du matériau pyroélectrique des capacités pyroélectriques. Le chauffage des pixels 102 réalisé par cet élément chauffant 114 est donc optimal et maximisé du fait de la disposition de l'élément chauffant 114 au sein même du matériau pyroélectrique du pixel 102. La chaleur générée par l'élément chauffant 114 est donc diffusée verticalement et envoyée directement dans le matériau pyroélectrique des portions pyroélectriques 110, 112.  In this configuration, the heating element 114 is in direct contact with the entire pyroelectric material of the pyroelectric capacitors. The heating of the pixels 102 carried out by this heating element 114 is therefore optimal and maximized because of the arrangement of the heating element 114 within the pyroelectric material of the pixel 102. The heat generated by the heating element 114 is thus diffused vertically and sent directly into the pyroelectric material pyroelectric portions 110, 112.
L'électrode supérieure 116 est recouverte, au niveau de la partie du pixel 102 sur laquelle un doigt est destiné à venir se poser, par une couche de protection 118 dont une face supérieure 120 correspond à la surface sur laquelle se trouve le motif thermique destiné à être détecté par le capteur 100, par exemple un doigt dont l'empreinte est destinée à être détectée. Cette couche de protection 118 peut comporter préférentiellement du ZnO et/ou de ΓΑΙΝ et/ou de l'IGZO (« Indium Galium Zinc Oxide ») et/ou de ΓΙΖΟ (« I ndium Zinc Oxide ») et/ou de ΓΑΤΟ (« Antimony Tin Oxide ») et/ou de ΓΑΙ2Ο3 et/ou du SiN faiblement contraint à faible température. D'autres matériaux sont aussi envisageables pour former cette couche de protection 118, com me pa r exemple du polyimide, du PVDF et/ou l'un de ses copolymères, du PM MA, etc. Le ou les matériaux utilisés ainsi que l'épaisseur de la couche de protection 118 sont choisis pour obtenir un bon transfert de la chaleur depuis sa face ava nt 120 vers la capacité pyroélectrique. Ainsi, la couche de protection 118 est réalisée telle qu'elle ne soit ni trop thermiquement résistive (car la chaleur ne la traverserait pas), ni trop thermiquement conductrice (car la chaleur partirait dans ce cas sur les côtés, vers les autres pixels, provoquant de la diathermie au sein du capteur), ni trop épaisse (pour avoir un transfert de chaleur s'opérant entre la face avant 120 et la capacité pyroélectrique), ni trop fine (l'épaisseur de la couche 118 étant tout de même suffisante pour que son rôle de protection soit rempli). Cette couche 118 peut par exemple comporter une résine à base de PM MA d'épaisseur égale à environ 2 μιη. Selon d'autres exemples, la couche 118 peut comporter du ZnO d'épaisseur égale à environ 2 μιη, ou de l'IGZO d'épaisseur égale à environ 1 μιη, ou encore du PVDF d'épaisseur égale à environ 1 μιη. The upper electrode 116 is covered, at the portion of the pixel 102 on which a finger is intended to come to rest, by a protective layer 118, an upper face 120 corresponds to the surface on which is the thermal pattern intended to be detected by the sensor 100, for example a finger whose fingerprint is intended to be detected. This protective layer 118 may comprise preferentially ZnO and / or ΓΑΙΝ and / or IGZO ("Indium Galium Zinc Oxide") and / or ΓΙΖΟ ("I ndium Zinc Oxide") and / or ΓΑΤΟ ("Antimony Tin Oxide") and / or ΓΑΙ2Ο3 and / or SiN weakly constrained at low temperature. Other materials are also conceivable to form this protective layer 118, as for example polyimide, PVDF and / or one of its copolymers, PM MA, etc. The material or materials used as well as the thickness of the protective layer 118 are chosen to obtain good heat transfer from its front face 120 to the pyroelectric capacitance. Thus, the protective layer 118 is made such that it is neither too thermally resistive (because the heat would not cross it), nor too thermally conductive (because the heat would leave in this case on the sides, towards the other pixels, causing diathermy within the sensor), neither too thick (to have a heat transfer between the front face 120 and the pyroelectric capacitor), nor too thin (the thickness of the layer 118 is still sufficient for its protective role to be fulfilled). This layer 118 may for example comprise a PMMA-based resin having a thickness of approximately 2 μιη. According to other examples, the layer 118 may comprise ZnO of thickness equal to about 2 μιη, or IGZO of thickness equal to about 1 μιη, or alternatively PVDF of thickness equal to about 1 μιη.
Les figures 3 et 4 représentent des résultats de simulations réalisées pour un pixel 102 tel que précédemment décrit en liaison avec les figures 1 et 2, da ns lequel la portion pyroélectrique inférieure 110 comporte du P(VDF-TrFE) et la portion pyroélectrique supérieure 112 comporte du P(VDF-TrFE) dans lequel des nanoparticules, ou na no-cristaux, de BaTi03 sont dispensées de manière aléatoire avec taux de charge égal à environ 15 %.  FIGS. 3 and 4 represent results of simulations carried out for a pixel 102 as previously described in connection with FIGS. 1 and 2, in which the lower pyroelectric portion 110 comprises P (VDF-TrFE) and the upper pyroelectric portion 112 comprises P (VDF-TrFE) in which nanoparticles, or na-crystals, of BaTiO 3 are randomly dispensed with a loading rate of about 15%.
Sur la figure 3, l'abscisse représente le temps pendant lequel l'élément chauffant 114 réalise le chauffage du pixel 102, avec une puissance constante d'environ In FIG. 3, the abscissa represents the time during which the heating element 114 carries out the heating of the pixel 102, with a constant power of about
5 mW par pixel 102. La courbe 10 de la figure 3 représente une variation d'une différence de température entre les portions pyroélectriques 110, 112 (les températures sont considérées au milieu de chacune des portions pyroélectriques 110, 112) obtenue pour un pixel 102 tel que précédemment décrit lorsque ce pixel 102 est en contact avec de l'air, correspondant par exemple au cas d'un pixel 102 qui serait en contact avec une vallée d'une empreinte digitale. La courbe 12 de la figure 3 représente la variation de la différence de température entre les portions pyroélectriques 110, 112 (températures considérées au milieu de chacune des portions pyroélectriques 110, 112) obtenue lorsque ce pixel 102 est en contact avec de la peau, correspondant par exemple au cas d'un pixel 102 qui serait en contact avec une crête d'une empreinte digitale. La courbe 18 de la figure 4 représente la différence entre les valeurs de la courbe 12 et celles de la courbe 10, représentant donc la différence de température obtenue entre un pixel en contact avec de l'air et un pixel en contact avec de la peau pour le capteur 100. 5 mW per pixel 102. The curve 10 of FIG. 3 represents a variation of a temperature difference between the pyroelectric portions 110, 112 (the temperatures are considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) obtained for a pixel 102. as previously described when this pixel 102 is in contact with air, corresponding for example to the case of a pixel 102 which would be in contact with a valley of a fingerprint. Curve 12 of FIG. 3 represents the variation of the temperature difference between the pyroelectric portions 110, 112 (temperatures considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) obtained when this pixel 102 is in contact with the skin, corresponding to for example in the case of a pixel 102 which would be in contact with a peak of a fingerprint. Curve 18 of FIG. 4 represents the difference between the values of curve 12 and those of curve 10, thus representing the temperature difference obtained between a pixel in contact with air and a pixel in contact with the skin. for the sensor 100.
A titre de comparaison, la courbe 14 de la figure 3 représente la variation de la différence de température entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure 110, 112 (températures considérées au milieu de chacune des portions pyroélectriques 110, 112) obtenue pour un pixel 102 de structure analogue à celui pour lequel les courbes 10 et 12 ont été obtenues mais dont la portion pyroélectrique supérieure est composée de P(VDF-TrFE) dans lequel des nanoparticules, ou nano- cristaux, de P(VDF-TrFE) sont réparties de manière aléatoire, lorsque ce pixel 102 est en contact avec de l'air. La courbe 16 de la figure 3 représente la variation de la différence de température obtenue entre de telles portions pyroélectriques inférieure et supérieure 110, 112 (températures considérées au milieu de chacune des portions pyroélectriques 110, 112) lorsque ce pixel est en contact avec de la peau. La courbe 20 de la figure 4 représente la différence entre les valeurs de la courbe 16 et celles de la courbe 14, représentant donc la différence de température obtenue entre un tel pixel 102 en contact avec de l'air et un tel pixel 102 en contact avec de la peau pour ce capteur à portions pyroélectriques supérieure composée de P(VDF-TrFE) et de nanoparticules de P(VDF-TrFE).  By way of comparison, the curve 14 of FIG. 3 represents the variation of the temperature difference between the lower and upper pyroelectric portions 110, 112 (temperatures considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) obtained for a pixel 102 of structure similar to that for which the curves 10 and 12 have been obtained but whose upper pyroelectric portion is composed of P (VDF-TrFE) in which nanoparticles, or nano-crystals, of P (VDF-TrFE) are distributed in a manner random, when this pixel 102 is in contact with air. The curve 16 of FIG. 3 represents the variation of the temperature difference obtained between such lower and upper pyroelectric portions 110, 112 (temperatures considered in the middle of each of the pyroelectric portions 110, 112) when this pixel is in contact with the skin. Curve 20 of FIG. 4 represents the difference between the values of curve 16 and those of curve 14, thus representing the temperature difference obtained between such a pixel 102 in contact with air and such a pixel 102 in contact with skin for this superior pyroelectric portion sensor composed of P (VDF-TrFE) and nanoparticles of P (VDF-TrFE).
Le fait d'utiliser le composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03 dans la portion pyroélectrique supérieure 112 augmente la sensibilité de détection dans la capacité pyroélectrique avec un ΔΤ égal à 0,93 K entre deux pixels dont l'un est en contact avec de l'air et l'autre est en contact avec de la peau, et un ΔΤ égal à 0,72 K lorsque la portion pyroélectrique supérieure comporte un composé de P(VDF-TrFE)/nanoparticules de P(VDF-TrFE), lors d'une mesure effectuée à une durée d'environ 200 μ≤ (valeurs issues des courbes 18 et 20). Cette amélioration est due au bon transfert thermique entre l'élément chauffant 114 et les vallées/crêtes du doigt via la portion pyroélectrique supérieure 112 composée des matériaux B et C et disposée au-dessus de l'élément chauffant 114. Cette bonne conductivité thermique est assurée par la présence du matériau C, avantageusement réparti de façon aléatoire, dans la matrice formée par le matériau B dans la portion pyroélectrique supérieure 112. The fact of using the compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles in the upper pyroelectric portion 112 increases the detection sensitivity in the pyroelectric capacitance with a ΔΤ equal to 0.93 K between two pixels, one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, and a ΔΤ equal to 0.72 K when the upper pyroelectric portion comprises a compound of P (VDF-TrFE) / nanoparticles of P (VDF-TrFE ), during a measurement carried out at a duration of approximately 200 μ ((values derived from curves 18 and 20). This improvement is due to the good heat transfer between the heating element 114 and the valleys / ridges of the finger via the upper pyroelectric portion 112 composed of materials B and C and disposed above the heating element 114. This good thermal conductivity is ensured by the presence of the material C, advantageously distributed randomly, in the matrix formed by the material B in the upper pyroelectric portion 112.
A titre de comparaison, des mesures similaires sont réalisées pour des pixels de structure analogue mais dans lesquels les portions pyroélectriques inférieure et supérieure comportent chacune un composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03. Sur la figure 5, la courbe 22 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique inférieure pour un tel pixel en contact avec de l'air, et la courbe 24 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique supérieure pour ce même pixel. La courbe 26 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique inférieure pour un pixel en contact avec de la peau, et la courbe 28 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique supérieure pour ce même pixel. Sur la figure 6, la courbe 30 représente la différence entre les valeurs de la courbe 24 et celles de la courbe 22, représentant donc la différence de température obtenue entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure pour un pixel en contact avec de l'air pour ce capteur à portions pyroélectriques inférieure et supérieure comportant chacune un composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03, et la courbe 32 représente la différence entre les valeurs de la courbe 28 et celles de la courbe 26, représentant donc la différence de température obtenue entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure pour un pixel en contact avec de la peau pour ce capteur à portions pyroélectriques inférieure et supérieure comportant chacune un composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03.  By way of comparison, similar measurements are made for pixels of similar structure but in which the lower and upper pyroelectric portions each comprise a compound P (VDF-TrFE) / nanoparticles of BaTiO 3. In FIG. 5, curve 22 represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for such a pixel in contact with air, and curve 24 represents the temperature variation obtained in the upper pyroelectric portion for this same pixel. . Curve 26 represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for a pixel in contact with the skin, and curve 28 represents the temperature variation obtained in the upper pyroelectric portion for this same pixel. In FIG. 6, curve 30 represents the difference between the values of curve 24 and those of curve 22, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with air for this sensor with lower and upper pyroelectric portions each comprising a compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles, and the curve 32 represents the difference between the values of curve 28 and those of curve 26, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with the skin for this lower and upper pyroelectric portion sensor each comprising a compound P (VDF-TrFE) / BaTiO3 nanoparticles.
La différence de températures entre deux pixels dont l'un est en contact avec de l'air et l'autre est en contact avec de la peau, dans le capteur à portions pyroélectriques inférieure et supérieure comportant chacune un composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03, correspondant à la différence entre les courbes 30 et 32, est au plus de 0,05 K, ce qui est bien inférieur aux valeurs des courbes 18 et 20 qui représentent la différence de températures entre deux pixels dont l'un est en contact avec de l'air et l'autre est en contact avec de la peau, dans un capteur dont seule la portion pyroélectrique supérieure comporte l'ajout du matériau C. Cette plus grande différence de température entre pixels traduit la meilleure sensibilité du capteur obtenue lorsqu'un tel ajout est réalisé uniquement dans la portion pyroélectrique supérieure 112, et donc l'obtention d'un bon contraste pour la détection, grâce à la forte variation de température dans la capacité pyroélectrique des pixels 102 entre les portions pyroélectriques 110, 112, combinée au fait que les matériaux des portions pyroélectriques 110, 112 ont tous les deux un bon coefficient pyroélectrique. The difference in temperature between two pixels one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, in the lower and upper pyroelectric portion sensor each comprising a compound P (VDF-TrFE) / nanoparticles of BaTi03, corresponding to the difference between curves 30 and 32, is at most 0.05 K, which is much lower than the values of curves 18 and 20 which represent the temperature difference between two pixels, one of which is in contact with air and the other is in contact with the skin, in a sensor of which only the upper pyroelectric portion comprises the addition of the material C. greater difference in temperature between pixels reflects the better sensitivity of the sensor obtained when such an addition is made only in the upper pyroelectric portion 112, and thus obtaining a good contrast for the detection, thanks to the strong temperature variation in the pyroelectric capacitance of the pixels 102 between the pyroelectric portions 110, 112, combined with the fact that the materials of the pyroelectric portions 110, 112 both have a good pyroelectric coefficient.
Les courbes représentées sur les figures 5 et 6 montrent que la sensibilité obtenue pour un capteur dont les portions pyroélectriques inférieure et supérieure comportent chacune un composé des matériaux B et C est plus faible que lorsque seule la portion pyroélectrique supérieure comporte un tel composé et que la portion pyroélectrique inférieure comporte uniquement du P(VDF-TrFE). Cela provient du fait que la présence du matériau C améliore la conductivité thermique du matériau pyroélectrique, mais que cette amélioration de la conductivité thermique du matériau pyroélectrique n'est souhaitable que dans la portion pyroélectrique proche du motif thermique à détecter afin de conserver une bonne différence de température entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure, et obtenir ainsi un capteur 100 ayant une bonne sensibilité de mesure.  The curves shown in FIGS. 5 and 6 show that the sensitivity obtained for a sensor whose lower and upper pyroelectric portions each comprise a compound of materials B and C is lower than when only the upper pyroelectric portion comprises such a compound and that the lower pyroelectric portion has only P (VDF-TrFE). This is because the presence of the material C improves the thermal conductivity of the pyroelectric material, but this improvement in the thermal conductivity of the pyroelectric material is only desirable in the pyroelectric portion close to the thermal pattern to be detected in order to maintain a good difference of temperature between the lower and upper pyroelectric portions, and thus obtain a sensor 100 having a good measurement sensitivity.
Egalement à titre de comparaison, des mesures similaires sont réalisées pour des pixels de structure analogue mais dans lesquels la portion pyroélectrique supérieure comporte uniquement du P(VDF-TrFE) et la portion pyroélectrique inférieure comporte un composé P(VDF-TrFE)/nanoparticules de BaTi03. Sur la figure 7, la courbe 34 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique inférieure pour un pixel en contact avec de l'air, et la courbe 36 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique supérieure pour ce même pixel. La courbe 34 représente également la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique inférieure pour un pixel en contact avec de la peau, et la courbe 38 représente la variation de température obtenue dans la portion pyroélectrique supérieure pour ce même pixel. Sur la figure 8, la courbe 40 représente la différence entre les valeurs de la courbe 34 et celles de la courbe 36, représentant donc la différence de température obtenue entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure pour un pixel en contact avec de l'air pour ce capteur, et la courbe 42 représente la différence entre les valeurs de la courbe 34 et celles de la courbe 38, représentant donc la différence de température obtenue entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure pour un pixel en contact avec de la peau pour ce capteur. Also for the sake of comparison, similar measurements are made for pixels of similar structure but in which the upper pyroelectric portion comprises only P (VDF-TrFE) and the lower pyroelectric portion comprises a compound P (VDF-TrFE) / nanoparticles of BaTi03. In FIG. 7, the curve represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for a pixel in contact with air, and the curve represents the temperature variation obtained in the upper pyroelectric portion for this same pixel. Curve 34 also represents the temperature variation obtained in the lower pyroelectric portion for a pixel in contact with the skin, and curve 38 represents the temperature variation obtained in the pyroelectric portion. higher for this same pixel. In FIG. 8, curve 40 represents the difference between the values of curve 34 and those of curve 36, thus representing the difference in temperature obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with air for this sensor, and the curve 42 represents the difference between the values of the curve 34 and those of the curve 38, thus representing the temperature difference obtained between the lower and upper pyroelectric portions for a pixel in contact with the skin for this sensor .
Ces courbes représentées sur les figures 7 et 8 montrent que la sensibilité obtenue pour ce capteur dont la portion pyroélectrique inférieure comporte un composé des matériaux B et C et la portion pyroélectrique supérieure comporte uniquement du P(VDF-TrFE) est plus faible que lorsque seule la portion pyroélectrique supérieure comporte le composé des matériaux B et C et que la portion pyroélectrique inférieure comporte uniquement du P(VDF-TrFE). Cela provient du fait que la portion pyroélectrique supérieure comportant uniquement du P(VDF-TrFE) a une mauvaise conductivité thermique, les transferts de chaleur étant alors difficiles entre le doigt présent sur le capteur et l'élément chauffant.  These curves shown in FIGS. 7 and 8 show that the sensitivity obtained for this sensor whose lower pyroelectric portion comprises a compound of materials B and C and the upper pyroelectric portion comprises only P (VDF-TrFE) is lower than when only the upper pyroelectric portion comprises the compound of materials B and C and the lower pyroelectric portion comprises only P (VDF-TrFE). This results from the fact that the upper pyroelectric portion comprising only P (VDF-TrFE) has poor thermal conductivity, the heat transfer being then difficult between the finger present on the sensor and the heating element.
Un procédé de réalisation d'une capacité pyroélectrique d'un pixel 102 du capteur 100 similaire à celui des figures 1 et 2 est décrit en liaison avec les figures 9A à 91.  A method for producing a pyroelectric capacitance of a pixel 102 of the sensor 100 similar to that of FIGS. 1 and 2 is described with reference to FIGS. 9A to 91.
Le capteur 100 est réalisé à partir du substrat 104. Le matériau du substrat 104 (verre, semi-conducteur, plastique, etc.) est choisi selon la technologie avec laquelle les différents éléments électroniques du capteur 100 sont réalisés. Le substrat 104 est tout d'abord nettoyé afin d'éliminer les résidus présents sur celui-ci. Le type de nettoyage mis en œuvre est fonction du matériau du substrat 104.  The sensor 100 is made from the substrate 104. The material of the substrate 104 (glass, semiconductor, plastic, etc.) is chosen according to the technology with which the various electronic elements of the sensor 100 are made. The substrate 104 is first cleaned to remove residues present thereon. The type of cleaning implemented is a function of the material of the substrate 104.
La deuxième étape consiste à déposer sur la face avant 108 du substrat The second step is to deposit on the front face 108 of the substrate
104 une première couche électriquement conductrice 150, par exemple métallique, à partir de laquelle l'électrode inférieure 106 est destinée à être réalisée (figure 9A). La couche 150 peut comporter un ou plusieurs des matériaux précédemment décrits pour former l'électrode inférieure 106 du capteur 100 représenté sur les figures 1 et 2. La couche 150 peut être déposée en phase vapeur PVD par pulvérisation (« sputtering »), sérigraphie, vaporisation (« spraying ») ou même par jet d'encre, selon les matériaux destinés à être déposés et leurs épaisseurs. L'épaisseur de la couche 150 correspond à l'épaisseur souhaitée de l'électrode inférieure 106. 104 a first electrically conductive layer 150, for example metal, from which the lower electrode 106 is intended to be made (Figure 9A). The layer 150 may comprise one or more of the materials previously described to form the lower electrode 106 of the sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2. The layer 150 may be deposited in the PVD vapor phase by sputtering. screen printing, spraying or even by inkjet, depending on the materials to be deposited and their thicknesses. The thickness of the layer 150 corresponds to the desired thickness of the lower electrode 106.
Comme représenté sur la figure 9B, la structure de l'électrode inférieure 106 et du contact électrique 107 est définie en mettant en œuvre une étape de photolithographie et de gravure de la couche 150 (par exemple par plasma ou par gravure humide).  As shown in FIG. 9B, the structure of the lower electrode 106 and of the electrical contact 107 is defined by implementing a photolithography and etching step of the layer 150 (for example by plasma or by wet etching).
En variante, l'électrode inférieure 106 et le contact électrique 107 pourraient être directement formés par un dépôt localisé ne nécessitant pas de mise en œuvre d'une gravure.  Alternatively, the lower electrode 106 and the electrical contact 107 could be directly formed by a localized deposit that does not require implementation of an etching.
Une première couche de matériau pyroélectrique destinée à former la portion pyroélectrique inférieure 110 est ensuite déposée sur l'ensemble de la structure précédemment réalisée. Cette première couche de matériau pyroélectrique (matériau A) est par exemple déposée par « spin coating » (dépôt à la tournette), avec une épaisseur comprise entre environ 1 μιη et 5 μιη selon l'épaisseur souhaitée pour la portion pyroélectrique inférieure 110. Un recuit est ensuite mis en œuvre à une température par exemple comprise entre environ 80°C et 100°C, pendant une durée par exemple comprise entre environ 10 et 30 minutes. Ce recuit permet de réaliser une cristallisation du matériau pyroélectrique. Une photolithographie et une gravure (par exemple avec un plasma 02 ou une combinaison SF6/O2) sont alors mises en œuvre afin de supprimer une partie de la couche de matériau pyroélectrique recouvrant le contact électrique 107 de l'électrode inférieure 106 (figure 9C). En variante, un dépôt localisé peut être mis en œuvre, comme par exemple la sérigraphie ou la vaporisation, ou même le dépôt par jet d'encre, pour obtenir directement la portion pyroélectrique inférieure 110 telle que représenté sur la figure 9C. A first layer of pyroelectric material intended to form the lower pyroelectric portion 110 is then deposited on the entire structure previously made. This first layer of pyroelectric material (material A) is for example deposited by spin coating (spin coating), with a thickness of between about 1 μιη and 5 μιη depending on the desired thickness for the lower pyroelectric portion 110. annealing is then carried out at a temperature for example between about 80 ° C and 100 ° C for a period of time for example between about 10 and 30 minutes. This annealing makes it possible to crystallize the pyroelectric material. Photolithography and etching (for example with a plasma O 2 or a combination SF 6 / O 2) are then implemented in order to remove a portion of the layer of pyroelectric material covering the electrical contact 107 of the lower electrode 106 (FIG. 9C ). Alternatively, a localized deposit may be implemented, such as screen printing or vaporization, or even ink jet deposition, to obtain directly the lower pyroelectric portion 110 as shown in Figure 9C.
Au moins une deuxième couche électriquement conductrice 152 destinée à former l'élément chauffant 114 est ensuite déposée sur la structure obtenue à ce stade du procédé, recouvrant ainsi la portion pyroélectrique inférieure 110 (figure 9D). La couche 152 peut comporter un ou plusieurs des matériaux précédemment décrits pour former l'élément chauffant 114 du capteur 100 des figures 1 et 2. Selon la nature du matériau de la couche 152, celui-ci peut être déposé par PVD, jet d'encre, vaporisation ou encore sérigraphie. Des parties non représentées sur la figure 9D de la couche 152 sont destinées à former les extrémités 113 et 115 aux bornes desquelles le signal de chauffage est destiné à être appliqué. At least one second electrically conductive layer 152 for forming the heating element 114 is then deposited on the structure obtained at this stage of the process, thus covering the lower pyroelectric portion 110 (FIG. 9D). The layer 152 may comprise one or more of the materials previously described to form the heating element 114 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2. Depending on the nature of the material of the layer 152, it can be deposited by PVD, inkjet, vaporization or screen printing. Parts not shown in Figure 9D of the layer 152 are intended to form the ends 113 and 115 across which the heating signal is intended to be applied.
L'élément chauffant 114 est ensuite formé par la mise en œuvre d'une étape de photolithographie et d'une étape de gravure de la couche 152 précédemment déposée selon le motif de l'élément chauffant 114, par exemple sous la forme de plusieurs segments formant ensemble un motif de serpentin, comme précédemment décrit en liaison avec les figures 1 et 2 (figure 9E).  The heating element 114 is then formed by the implementation of a photolithography step and an etching step of the layer 152 previously deposited according to the pattern of the heating element 114, for example in the form of several segments. together forming a serpentine pattern, as previously described in conjunction with Figures 1 and 2 (Figure 9E).
Là encore, un dépôt localisé de la couche 152 peut être mis en œuvre pour obtenir directement l'élément chauffant 114 sans mise en œuvre d'une gravure.  Again, a localized deposit of the layer 152 may be implemented to directly obtain the heating element 114 without implementation of an etching.
Comme représenté sur la figure 9F, une deuxième couche de matériau pyroélectrique 154 destinée à former la portion pyroélectrique supérieure 112 est ensuite réalisée sur l'ensemble de la structure précédemment obtenue. La couche 154 correspond à une couche de PVDF et/ou d'au moins un copolymère du PVDF (matériau B) dans laquelle sont dispensées, avantageusement de manière aléatoire, des nanoparticules et/ou des microparticules d'au moins un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou de ZnO et/ou de PVDF et/ou d'au moins un copolymère du PVDF (matériau C). La couche 154 est déposée par la mise en œuvre d'un dépôt à la tournette, une vaporisation ou une sérigraphie, avec une épaisseur (au niveau de l'élément chauffant 114) correspondant à celle souhaitée pour la portion pyroélectrique supérieure 112. La couche 154 subit un recuit à une température par exemple comprise entre environ 90°C et 120°C pendant une durée par exemple comprise entre environ 5 minutes et 1 heure. Ce recuit permet de finaliser l'évaporation des solvants utilisés pour former la couche 154 et réaliser la cristallisation du matériau pyroélectrique de la couche 154.  As shown in FIG. 9F, a second layer of pyroelectric material 154 intended to form the upper pyroelectric portion 112 is then produced over the entire structure previously obtained. The layer 154 corresponds to a layer of PVDF and / or at least one copolymer of PVDF (material B) in which nanoparticles and / or microparticles of at least one pyroelectric material of structure are advantageously dispensed in a random manner. crystalline perovskite and / or ZnO and / or PVDF and / or at least one copolymer of PVDF (material C). The layer 154 is deposited by the implementation of a spin coating, a vaporization or a screen printing, with a thickness (at the level of the heating element 114) corresponding to that desired for the upper pyroelectric portion 112. The layer 154 is annealed at a temperature for example between about 90 ° C and 120 ° C for a period of time for example between about 5 minutes and 1 hour. This annealing makes it possible to finalize the evaporation of the solvents used to form the layer 154 and to crystallize the pyroelectric material of the layer 154.
Des étapes de photolithographie et de gravure de la couche 154 sont ensuite mises en œuvre, formant la portion pyroélectrique supérieure 112 (figure 9G). Cette gravure peut être mise en œuvre en utilisant par exemple un plasma de type C4Fs/02, SF6/O2 ou encore CF4/02. Lors de cette gravure, les portions conductrices restantes issues des couches 150 et 152 précédemment déposées et qui ne sont pas positionnées sous la portion pyroélectrique supérieure 112 servent de couche d'arrêt de gravure. Cette gravure permet notamment de révéler le contact électrique 107 précédemment recouvert par la couche 154, ainsi qu'une partie 155 de la couche 152 destinée à servir à la réalisation du contact électrique 109. Photolithography and etching steps of the layer 154 are then implemented, forming the upper pyroelectric portion 112 (FIG. 9G). This etching may be implemented using for example a plasma type C 4 Fs / 02, SF6 / O2 or CF 4/0 2. During this etching, the conductive portions remaining from layers 150 and 152 previously deposited and which are not positioned under the upper pyroelectric portion 112 serve as an etch stop layer. This etching makes it possible, in particular, to reveal the electrical contact 107 previously covered by the layer 154, as well as a portion 155 of the layer 152 intended to serve for producing the electrical contact 109.
Au moins une troisième couche électriquement conductrice est ensuite déposée sur l'ensemble de la structure précédemment réalisée, et gravée afin de former l'électrode supérieure 116 et le contact électrique 109 de l'électrode supérieure 116 (figure 9H). La nature du ou des matériaux de cette couche électriquement conductrice, ainsi que l'épaisseur de cette couche peuvent correspondre aux exemples de matériaux et épaisseur précédemment décrits pour la portion pyroélectrique supérieure 112 du capteur 100 des figures 1 et 2. La gravure mise en œuvre peut correspondre à une gravure par plasma ou par voie humide, selon la nature du ou des matériaux à graver.  At least a third electrically conductive layer is then deposited on the entire structure previously made, and etched to form the upper electrode 116 and the electrical contact 109 of the upper electrode 116 (Figure 9H). The nature of the material or materials of this electrically conductive layer, as well as the thickness of this layer may correspond to the material and thickness examples previously described for the upper pyroelectric portion 112 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2. The etching implemented may correspond to plasma etching or wet etching, depending on the nature of the material to be etched.
Le pixel 102 est ensuite achevé en déposant et en gravant la couche de protection 118 (figure 91). Le ou les matériaux de la couche de protection 118 peuvent correspondre à ceux précédemment décrits pour la couche de protection 118 du capteur 100 des figures 1 et 2. Le dépôt du matériau de la couche de protection 118 peut se faire par voie physique (PVD) à faible température ou par voie liquide (dépôt à la tournette, vaporisation ou jet d'encre). La gravure mise en œuvre permet notamment de former des accès aux contacts électriques 107, 109 à travers la couche de protection 118. Lorsque le matériau de la couche de protection 118 est déposé de manière localisée, comme par exemple par vaporisation ou par jet d'encre, la couche de protection 118 est formée dès le dépôt de manière localisée et il n'est pas nécessaire de mettre en œuvre une gravure de ce matériau.  The pixel 102 is then completed by depositing and etching the protective layer 118 (FIG. 91). The material or materials of the protective layer 118 may correspond to those previously described for the protective layer 118 of the sensor 100 of FIGS. 1 and 2. The deposition of the material of the protective layer 118 may be done physically (PVD) at low temperature or liquid (spin coating, spraying or inkjet). The etching implemented makes it possible, in particular, to form accesses to the electrical contacts 107, 109 through the protective layer 118. When the material of the protective layer 118 is deposited in a localized manner, for example by vaporization or jet-coating. ink, the protective layer 118 is formed from the deposit in a localized manner and it is not necessary to implement an etching of this material.
Du fait que les matériaux des portions pyroélectriques 110, 112 comportent du PVDF et/ou au moins un des copolymères du PVDF, il est nécessaire de mettre en œuvre, avant la première utilisation du capteur 100, une étape de polarisation initiale des matériaux pyroélectriques des portions pyroélectriques 110, 112 en appliquant une tension électrique continue aux bornes de ces matériaux, via les électrodes 106, 116, afin d'obtenir un coefficient pyroélectrique de ces matériaux adapté à une détection thermique. Cette polarisation est réalisée une seule fois pour toute la durée de vie des matériaux pyroélectriques. Cette polarisation par courant continue peut se faire à une température ambiante ou à chaud (jusqu'à environ 100°C). Lorsque la polarisation est réalisée à une température ambiante, il est possible d'appliquer une tension continue jusqu'à environ 120 V/μιη (Volt par micron d'espacement entre les deux électrodes 106, 116) pendant une durée par exemple comprise entre environ 1 et 5 minutes. Lorsque la polarisation est réalisée à chaud, par exemple à une température d'environ 90°C, une tension continue par exemple comprise entre environ 50 et 80 V/μιη peut être appliquée pendant une durée par exemple comprise entre environ 1 et 5 minutes. La température est ensuite abaissée jusqu'à atteindre la température ambiante, puis le champ électrique appliqué sur les matériaux pyroélectriques, via la tension continue appliquée, est stoppé. Une telle polarisation permet aux matériaux pyroélectriques des portions 110, 112 d'atteindre des coefficients pyroélectriques compris entre environ 30 et 80 μ^(ιη2.Κ), selon le taux de charge des nanoparticules/microparticules du matériau C dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure 112. Since the materials of the pyroelectric portions 110, 112 comprise PVDF and / or at least one of the PVDF copolymers, it is necessary to implement, before the first use of the sensor 100, an initial polarization step of the pyroelectric materials of the pyroelectric portions 110, 112 by applying a DC voltage across these materials, via the electrodes 106, 116, to obtain a pyroelectric coefficient of these materials adapted to thermal detection. This polarization is performed only once for the entire lifetime of the pyroelectric materials. This DC bias can be at room temperature or hot (up to about 100 ° C). When the polarization is carried out at a room temperature, it is possible to apply a DC voltage up to about 120 V / μιη (Volt per micron spacing between the two electrodes 106, 116) for a duration for example between about 1 and 5 minutes. When the polarization is carried out hot, for example at a temperature of about 90 ° C, a DC voltage for example between about 50 and 80 V / μιη can be applied for a period of time for example between about 1 and 5 minutes. The temperature is then lowered until the ambient temperature is reached, then the electric field applied to the pyroelectric materials, via the applied DC voltage, is stopped. Such polarization allows the pyroelectric materials portions 110, 112 to reach pyroelectric coefficients between about 30 and 80 μ ^ (ιη 2 .Κ), depending on the loading rate of the nanoparticles / microparticles of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion 112.
La matrice de pixels 102 du capteur 100 est lue ligne par ligne grâce à des transistors de sélection intégrés dans chaque pixel 102 et via un circuit électronique de lecture disposé en pieds de colonnes (non représenté sur les figures) permettant de réaliser soit une lecture directe des charges générées par chaque pixel (lecture en courant), soit de réaliser une lecture en tension des pixels 102 via l'utilisation d'un transistor monté en suiveur de tension.  The pixel array 102 of the sensor 100 is read line by line by means of selection transistors integrated in each pixel 102 and via an electronic reading circuit arranged in columns (not shown in the figures) making it possible to carry out a direct reading. charges generated by each pixel (current reading), or to perform a voltage reading of the pixels 102 via the use of a transistor mounted voltage follower.
Diverses méthodes de calibration, utilisant par exemple un pixel de référence ayant une capacité calorifique connue, peuvent être mises en œuvre. De telles méthodes sont décrites par exemple dans le document FR 2 959 814.  Various calibration methods, for example using a reference pixel having a known heat capacity, can be implemented. Such methods are described for example in the document FR 2 959 814.
Dans les différents exemples décrits précédemment, le capteur 100 est utilisé en tant que détecteur d'empreinte digitale. Toutefois, le capteur 100 peut être utilisé pour réaliser une détection de motifs thermiques autres que des empreintes digitales, du fait que chaque pixel 102 du capteur 100 lit la capacité calorifique placée au- dessus de lui et cela quelle que soit la nature du motif thermique détecté. Ainsi, un capteur comportant des pixels 102 tels que précédemment décrits peut être apte à réaliser une détection piézoélectrique ou à réaliser une détection de température. In the various examples described above, the sensor 100 is used as a fingerprint detector. However, the sensor 100 can be used to carry out a detection of thermal patterns other than fingerprints, because each pixel 102 of the sensor 100 reads the heat capacity placed above it and this whatever the nature of the thermal pattern detected. So, a A sensor comprising pixels 102 as previously described may be able to carry out a piezoelectric detection or to carry out a temperature detection.
Par exemple, le capteur 100 peut servir à la réalisation d'un imageur infrarouge non refroidi. Les pixels 102 du capteur 100, par exemple tels que décrits précédemment en liaison avec les figures 1 et 2, sont dans ce cas intégrés sur un capteur optique de type CCD ou CMOS collectant les charges électriques générées par le capteur 100. Un tel imageur comporte en outre une lentille infrarouge filtrant la lumière arrivant sur le capteur 100. Afin que le capteur 100 puisse être soumis à une différence de température (nécessaire compte tenu de la mesure réalisée par les capacités pyroélectriques), l'imageur comporte un dispositif permettant successivement de bloquer la lumière infrarouge arrivant sur le capteur 100 puis de laisser passer cette lumière. Un tel dispositif peut correspondre à un « chopper », c'est-à-dire une roue munie d'un trou et tournant devant le capteur 100. Un élément absorbeur peut être ajouté sur le matériau pyroélectrique des pixels 102 afin d'améliorer l'absorption du rayonnement infrarouge reçu.  For example, the sensor 100 can be used for producing a non-cooled infrared imager. The pixels 102 of the sensor 100, for example as described above in connection with FIGS. 1 and 2, are in this case integrated on a CCD or CMOS type optical sensor collecting the electrical charges generated by the sensor 100. Such an imager comprises in addition, an infrared lens filtering the light arriving on the sensor 100. In order for the sensor 100 to be subjected to a difference in temperature (necessary taking into account the measurement made by the pyroelectric capacitors), the imager comprises a device that successively block the infrared light arriving on the sensor 100 and then let this light. Such a device may correspond to a "chopper", that is to say a wheel provided with a hole and rotating in front of the sensor 100. An absorber element may be added to the pyroelectric material of the pixels 102 in order to improve absorption of the infrared radiation received.
Dans l'exemple de pixel 102 précédemment décrit, l'élément chauffant 114 est réalisé sous la forme de segments de matériau électriquement conducteur reliés en série les uns aux autres selon un motif de serpentin. En variante, l'élément chauffant 114 peut correspondre à une ou plusieurs portions de matériau électriquement conducteur de forme autre qu'un serpentin. Un autre exemple de réalisation de l'élément chauffant 114 est représenté sur la figure 10. Selon cet autre exemple, la portion électriquement conductrice formant l'élément chauffant 114 correspond à une ligne rectangulaire métallique de largeur « W » par exemple comprise entre environ 25 μιη et 500 μιη et de longueur « L » comprise entre environ 50 μιη et 500 μιη. Des trous 122 de diamètre d par exemple compris entre environ 1 μιη et 10 μιη sont réalisés à travers la portion de matériau électriquement conducteur formant l'élément chauffant 114.  In the previously described pixel example 102, the heating element 114 is constructed as segments of electrically conductive material serially connected to each other in a serpentine pattern. Alternatively, the heating element 114 may correspond to one or more portions of electrically conductive material of a shape other than a coil. Another embodiment of the heating element 114 is shown in FIG. 10. According to this other example, the electrically conductive portion forming the heating element 114 corresponds to a rectangular metal line of width "W" for example between about 25.degree. μιη and 500 μιη and length "L" between about 50 μιη and 500 μιη. Holes 122 of diameter d for example between about 1 μιη and 10 μιη are made through the portion of electrically conductive material forming the heating element 114.
Dans tous les cas, l'élément chauffant 114 est structuré selon une forme telle que des parties des portions pyroélectriques inférieure et supérieure 110, 112 soient directement en contact les unes avec les autres, et donc que des parties des électrodes 106, 116 soient en regard l'une de l'autre sans que des parties de l'élément chauffant 114 ne soient disposées entre ces parties des électrodes 106, 116. Cela permet aux électrodes 106, 116 et au matériau pyroélectrique des portions pyroélectriques 110, 112 de former la capacité pyroélectrique telle que les électrodes 106, 116 forment des armatures conductrices entre lesquelles un matériau diélectrique, formé par les matériaux des portions pyroélectriques 110, 112, est disposé. Dans l'exemple précédemment décrit en liaison avec la figure 2, la forme de serpentin de l'élément chauffant 114 permet à des parties des électrodes 106, 116 d'être en regard l'une de l'autre entre les segments électriquement conducteurs formant le serpentin. Dans l'exemple précédemment décrit en liaison avec la figure 10, les trous 122 permettent également cette formation de la capacité pyroélectrique. In all cases, the heating element 114 is structured in such a way that portions of the lower and upper pyroelectric portions 110, 112 are in direct contact with each other, and thus portions of the electrodes 106, 116 are in contact with each other. look at each other without portions of the heating element 114 electrodes 106, 116 are arranged between these portions. This allows the electrodes 106, 112 and the pyroelectric material to form the pyroelectric capacitance such that the electrodes 106, 116 form conductive reinforcements between which a dielectric material formed by the materials of the pyroelectric portions 110, 112, is arranged. In the example previously described in connection with FIG. 2, the serpentine shape of the heating element 114 allows portions of the electrodes 106, 116 to be facing each other between the electrically conductive segments forming the coil. In the example previously described in connection with FIG. 10, the holes 122 also allow this formation of the pyroelectric capacitance.
Quelle que soit la forme de l'élément chauffant 114, les dimensions de celui-ci et les niveaux de tension ou de courant appliqués pour réaliser le chauffage du matériau pyroélectrique sont ajustés en fonction de la puissance de chauffage souhaitée. Afin d'obtenir une bonne sensibilité de détection, la puissance électrique injectée dans l'élément chauffant 114 peut être comprise entre environ 0,5 mW/pixel et 5 mW/pixel.  Regardless of the shape of the heating element 114, the dimensions thereof and the voltage or current levels applied to effect heating of the pyroelectric material are adjusted according to the desired heating power. In order to obtain a good detection sensitivity, the electrical power injected into the heating element 114 can be between about 0.5 mW / pixel and 5 mW / pixel.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur (100) de motif thermique comportant plusieurs pixels (102), chaque pixel (102) comprenant au moins une capacité pyroélectrique formée par au moins un empilement comprenant au moins : A thermal pattern sensor (100) having a plurality of pixels (102), each pixel (102) comprising at least one pyroelectric capacitance formed by at least one stack comprising at least:
- une électrode inférieure (106) ;  a lower electrode (106);
- une portion pyroélectrique inférieure (110) disposée sur l'électrode inférieure (106) et comprenant un matériau A correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  a lower pyroelectric portion (110) disposed on the lower electrode (106) and comprising a material A corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- une portion pyroélectrique supérieure (112) disposée sur la portion pyroélectrique inférieure (110) et comportant un composé comprenant un matériau B correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène, et des nanoparticules et/ou des microparticules d'un matériau C correspondant à un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou du ZnO et/ou du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  an upper pyroelectric portion (112) disposed on the lower pyroelectric portion (110) and comprising a compound comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer, and nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- un élément chauffant (114) comprenant au moins une portion de matériau électriquement conducteur disposée entre les portions pyroélectriques inférieure et supérieure (110, 112) et telle qu'une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique inférieure (110) soient directement en contact contre une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique supérieure (112) ;  a heating element (114) comprising at least a portion of electrically conductive material disposed between the lower and upper pyroelectric portions (110, 112) and such that one or more portions of the lower pyroelectric portion (110) are directly in contact with each other; one or more portions of the upper pyroelectric portion (112);
- une électrode supérieure (116) disposée sur la portion pyroélectrique supérieure (112).  an upper electrode (116) disposed on the upper pyroelectric portion (112).
2. Capteur (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène d'au moins l'une des portions pyroélectriques inférieure et supérieure (110, 112) correspond à du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène) et/ou du poly(fluorure de vinylidène- trifluoroéthylène- chlorofluoroéthylène) et/ou du poly(fluorure de vinylidène- trifluoroéthylène- chlorotrifluoroéthylène). The sensor (100) according to claim 1, wherein said at least one polyvinylidene fluoride copolymer of at least one of the lower and upper pyroelectric portions (110, 112) corresponds to polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene and / or poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) and / or poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene).
3. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : 3. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein:
- le matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite comporte du BaTi03 et/ou du PbZrTi03 et/ou du BaSrTi03 et/ou du CaSrTi03 et/ou du BaZrTi03 et/ou du SrTi03, et/ou  the pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type comprises BaTiO 3 and / or PbZrTiO 3 and / or BaSrTiO 3 and / or CaSrTiO 3 and / or BaZrTiO 3 and / or SrTiO 3, and / or
- une proportion en poids du matériau C dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure (112) est comprise entre environ 5 % et 20 %, et/ou  a proportion by weight of the material C in the compound of the upper pyroelectric portion (112) is between about 5% and 20%, and / or
- les nanoparticules et/ou les microparticules du matériau C sont réparties de manière aléatoire dans le composé de la portion pyroélectrique supérieure (112), et/ou  the nanoparticles and / or the microparticles of the material C are distributed randomly in the compound of the upper pyroelectric portion (112), and / or
- les matériaux A et B sont similaires.  materials A and B are similar.
4. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant (114) comporte plusieurs segments conducteurs joints les uns à la suite des autres en formant une portion conductrice continue et entre lesquels la portion pyroélectrique inférieure (110) est directement en contact avec la portion pyroélectrique supérieure (112), et/ou dans lequel la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant (114) est traversée par au moins une ouverture (122) au niveau de laquelle la portion pyroélectrique inférieure (110) est directement en contact avec la portion pyroélectrique supérieure (112). 4. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the portion of electrically conductive material of the heating element (114) comprises a plurality of conductive segments joined one after the other forming a continuous conductive portion and between wherein the lower pyroelectric portion (110) is directly in contact with the upper pyroelectric portion (112), and / or wherein the portion of electrically conductive material of the heating element (114) is traversed by at least one opening (122) at which the lower pyroelectric portion (110) is directly in contact with the upper pyroelectric portion (112).
5. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'électrode inférieure (106) comporte une couche de titane d'épaisseur comprise entre environ 50 nm et 500 nm et une couche de TiN d'épaisseur comprise entre environ 10 nm et 500 nm, et/ou dans lequel l'électrode supérieure (116) comporte une couche de titane d'épaisseur comprise entre environ 30 nm et 100 nm et une couche d'AISi ou d'AICu d'épaisseur comprise entre environ 100 nm et 700 nm. 5. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the lower electrode (106) comprises a titanium layer with a thickness of between about 50 nm and 500 nm and a thickness of TiN layer between about 10 nm and 500 nm, and / or wherein the upper electrode (116) comprises a layer of titanium with a thickness between about 30 nm and 100 nm and a layer of AISi or AICu of thickness between about 100 nm and 700 nm.
6. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de la portion pyroélectrique inférieure (110) et/ou l'épaisseur de la portion pyroélectrique supérieure (112) est comprise entre environ 1 μιη et 5 μιη. 6. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the thickness of the lower pyroelectric portion (110) and / or the thickness of the upper pyroelectric portion (112) is between about 1 μιη and 5 μιη .
7. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les pixels (102) sont disposés sur une face avant (108) d'un substrat (104) de sorte que la portion pyroélectrique inférieure (110) de chaque pixel (102) soit disposée entre le substrat (104) et la portion pyroélectrique supérieure (112) dudit pixel (102). The sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the pixels (102) are disposed on a front face (108) of a substrate (104) so that the lower pyroelectric portion (110) of each pixel (102) is disposed between the substrate (104) and the upper pyroelectric portion (112) of said pixel (102).
8. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les pixels (102) sont disposés en formant une matrice de plusieurs lignes et plusieurs colonnes, et les éléments chauffants (114) des pixels de chacune des lignes de pixels (102) sont formés par une portion continue de matériau électriquement conducteur. 8. The sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the pixels (102) are arranged forming a matrix of several lines and several columns, and the heating elements (114) of the pixels of each of the pixel lines ( 102) are formed by a continuous portion of electrically conductive material.
9. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'une des électrodes inférieure et supérieure (106, 116) de chaque pixel (102) est reliée électriquement à un potentiel électrique fixe. 9. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein one of the lower and upper electrodes (106, 116) of each pixel (102) is electrically connected to a fixed electrical potential.
10. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une couche de protection recouvrant ledit empilement de chaque pixel (102) et comportant des ouvertures formant des accès à des contacts électriques (107, 109) des électrodes inférieure et supérieure (106, 116) de chaque pixel (102). 10. Sensor (100) according to one of the preceding claims, further comprising a protective layer covering said stack of each pixel (102) and having openings forming access to electrical contacts (107, 109) of the lower electrodes and upper (106, 116) of each pixel (102).
11. Capteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (100) est un capteur d'empreinte digitale. 11. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the sensor (100) is a fingerprint sensor.
12. Procédé de réalisation d'un capteur (100) de motif thermique comportant plusieurs pixels (102), chaque pixel (102) comprenant au moins une capacité pyroélectrique formée par au moins un empilement obtenu au moins la mise en œuvre des étapes suivantes : 12. A method for producing a thermal pattern sensor (100) comprising a plurality of pixels (102), each pixel (102) comprising at least one capacitor pyroelectric formed by at least one stack obtained at least the implementation of the following steps:
- réalisation d'une électrode inférieure (106) ;  - Realization of a lower electrode (106);
- réalisation d'une portion pyroélectrique inférieure (110) disposée sur l'électrode inférieure (106) et comprenant un matériau A correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  - Making a lower pyroelectric portion (110) disposed on the lower electrode (106) and comprising a material A corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- réalisation d'un élément chauffant (114) comprenant au moins une portion de matériau électriquement conducteur disposée sur la portion pyroélectrique inférieure (110) ;  - Realizing a heating element (114) comprising at least a portion of electrically conductive material disposed on the lower pyroelectric portion (110);
- réalisation d'une portion pyroélectrique supérieure (112) sur la portion de matériau électriquement conducteur de l'élément chauffant (114) qui est telle qu'une ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique inférieure (110) soient directement en contact contre une partie ou plusieurs parties de la portion pyroélectrique supérieure (112), la portion pyroélectrique supérieure (112) comportant un composé comprenant un matériau B correspondant à du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène, et des nanoparticules et/ou des microparticules d'un matériau C correspondant à un matériau pyroélectrique de structure cristalline de type pérovskite et/ou du ZnO et/ou du polyfluorure de vinylidène et/ou au moins un copolymère de polyfluorure de vinylidène ;  - producing an upper pyroelectric portion (112) on the portion of electrically conductive material of the heating element (114) which is such that one or more portions of the lower pyroelectric portion (110) are directly in contact with a portion or more portions of the upper pyroelectric portion (112), the upper pyroelectric portion (112) comprising a compound comprising a material B corresponding to polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer, and nanoparticles and / or microparticles of a material C corresponding to a pyroelectric material of crystalline structure of perovskite type and / or ZnO and / or polyvinylidene fluoride and / or at least one polyvinylidene fluoride copolymer;
- réalisation d'une électrode supérieure (116) disposée sur la portion pyroélectrique supérieure (112).  - Making an upper electrode (116) disposed on the upper pyroelectric portion (112).
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