FR3066017B1 - Dispositif pyroelectrique de detection infrarouge comportant un emetteur infrarouge de modulation - Google Patents
Dispositif pyroelectrique de detection infrarouge comportant un emetteur infrarouge de modulation Download PDFInfo
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif pyroélectrique de détection infrarouge, comportant : - au moins un capteur infrarouge (20) comportant une membrane absorbante suspendue (21) apte à absorber un premier rayonnement infrarouge à détecter et un deuxième rayonnement infrarouge de modulation, comportant deux électrodes entre lesquelles est interposé un matériau pyroélectrique (22) ; - un émetteur infrarouge (40), comportant une piste résistive (41) apte à émettre le deuxième rayonnement infrarouge de modulation en direction de la membrane absorbante (21), et un circuit électronique (50) de commande, adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive (41).
Description
DISPOSITIF PYROELECTRIQUE DE DETECTION INFRAROUGE COMPORTANT UN EMETTEUR INFRAROUGE DE MODULATION
DOMAINE TECHNIQUE
[001] Le domaine de l’invention est celui des dispositifs de détection de rayonnement infrarouge, comportant au moins un capteur infrarouge pyroélectrique. L’invention s’applique notamment à l’imagerie infrarouge et à la thermographie.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[002] Un dispositif de détection de rayonnement infrarouge peut comporter une matrice de détecteurs thermiques élémentaires, également appelés capteurs infrarouges, chaque capteur infrarouge comportant une portion absorbante apte à absorber le rayonnement infrarouge à détecter. Dans le but d’assurer l’isolation thermique des détecteurs thermiques vis-à-vis du substrat, les portions absorbantes se présentent habituellement sous la forme de membranes suspendues au-dessus du substrat par des piliers d’ancrage, et sont isolées thermiquement de celui-ci par des bras de maintien et d’isolation thermique. Ces piliers d’ancrage et bras d’isolation présentent également une fonction électrique en connectant les membranes suspendues à un circuit électronique de commande et de lecture généralement disposé dans le substrat.
[003] La membrane absorbante comporte un matériau sensible qui présente une propriété électrique qui varie en réponse à l’échauffement de la membrane. Le matériau sensible peut être, entre autres, un matériau thermistance dont la conductivité électrique dépend de la température ou un matériau pyroélectrique dont une variation de température engendre l’apparition de charges électriques.
[004] Ainsi, dans le cas d’un capteur infrarouge pyroélectrique, l’augmentation de température de la membrane absorbante induit une diminution de la polarisation spontanée du matériau pyroélectrique, ce qui se traduit par l’apparition de charges électriques et donc par la présence d’une tension électrique aux bornes du condensateur dont le matériau pyroélectrique forme le diélectrique. Cette tension électrique forme ainsi la réponse mesurable du capteur infrarouge à l’absorption du rayonnement infrarouge incident. Cependant, lorsque le rayonnement infrarouge incident est constant, la température de la membrane absorbante reste alors constante, de sorte que les charges électriques se réorganisent et la tension électrique s’annule. La réponse électrique d’un tel capteur infrarouge pyroélectrique dépend alors directement des variations de température, ce qui nécessite de moduler temporellement le rayonnement infrarouge incident à détecter.
[005] Une telle modulation temporelle du rayonnement infrarouge incident peut être effectuée classiquement par un hacheur (chopper, en anglais) situé entre la scène à observer et le capteur infrarouge, le hacheur pouvant par exemple être formé d’un disque rotatif à ouvertures ou d’une hélice dont les pales viennent obturer périodiquement le capteur infrarouge. D’autres types de hacheurs existent, tels que par exemple un hacheur à cristaux liquides décrit dans le document US5036199, ou un hacheur piézoélectrique décrit dans le document US6069359.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
[006] L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un dispositif de détection infrarouge ne nécessitant pas l’utilisation d’un hacheur situé entre la scène à observer et le capteur infrarouge. Pour cela, l’objet de l’invention est un dispositif de détection d’un premier rayonnement infrarouge, comportant un substrat et au moins un capteur infrarouge, disposé sur le substrat, comportant une membrane absorbante apte à absorber le premier rayonnement infrarouge à détecter et un deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation, suspendue au-dessus du substrat, comportant une électrode inférieure, une électrode supérieure, et un matériau pyroélectrique directement interposé entre ces électrodes.
[007] Selon l’invention, le dispositif de détection comporte un émetteur infrarouge comportant une piste résistive apte à émettre le deuxième rayonnement infrarouge de modulation en direction de la membrane absorbante, située entre le substrat et la membrane absorbante, et un circuit électronique de commande, connectée à la piste résistive, adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive, de telle sorte que l’émission du deuxième rayonnement infrarouge de modulation, celui-ci étant variable, génère une variation de température de la membrane absorbante se traduisant par une formation d’une différence de potentiels électriques entre les électrodes.
[008] Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce dispositif de détection infrarouge sont les suivants.
[009] L’électrode inférieure peut être au contact d’une face inférieure du matériau pyroélectrique orientée vers le substrat, et être réalisée en un matériau au moins partiellement transparent vis-à-vis du deuxième rayonnement infrarouge de modulation. L’électrode supérieure peut être au contact d’une face supérieure du matériau pyroélectrique opposée à la face inférieure et être réalisée en un matériau au moins partiellement transparent vis-à-vis du premier rayonnement infrarouge à détecter.
[0010] L’électrode inférieure peut être réalisée en un matériau au moins partiellement absorbant vis-à-vis du deuxième rayonnement infrarouge de modulation.
[0011] La piste résistive repose de préférence sur le substrat.
[0012] Le capteur infrarouge peut comporter un premier circuit électronique de commande et de lecture apte à mesurer un courant électrique correspondant à la différence de potentiels électriques formée aux électrodes.
[0013] Le premier circuit électronique peut comporter des premières portions de ligne métallique, auxquels sont en contact des piliers d’ancrage assurant la suspension de la membrane absorbante au-dessus du substrat.
[0014] Les premières portions et la piste résistive peuvent être coplanaires.
[0015] Les premières portions et la piste résistive peuvent être séparées mutuellement par une couche diélectrique minérale. Une couche de protection peut recouvrir continûment la couche diélectrique minérale.
[0016] La couche de protection peut recouvrir continûment la piste résistive, et être réalisée en un matériau au moins partiellement transparent au deuxième rayonnement de modulation.
[0017] Le matériau pyroélectrique peut comprendre un polymère choisi parmi le groupe comprenant le polyfluorure de vinylidène, le poly(fluorure de vinylidène -trifluoroéthylène), le poly(fluoro de vinylidène - tétrafluoroéthylène) et un mélange d’au moins deux de ces polymères.
[0018] L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un dispositif de détection d’un premier rayonnement infrarouge selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant les étapes suivantes : fournir un substrat ; réaliser une piste résistive d’un émetteur infrarouge apte à émettre le deuxième rayonnement infrarouge de modulation, connectée à un circuit électronique de commande adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive ; réaliser au moins un capteur infrarouge disposé sur le substrat, comportant une membrane absorbante apte à absorber le premier rayonnement infrarouge à détecter et un deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation, suspendue au-dessus du substrat, comportant une électrode inférieure, une électrode supérieure, et un matériau pyroélectrique directement interposé entre ces électrodes, la piste résistive étant située entre le substrat et la membrane absorbante.
[0019] Le substrat peut comporter au moins une couche diélectrique dite inter-métal en un matériau minéral. L’étape de réalisation du capteur infrarouge peut alors comporter un dépôt d’une couche sacrificielle en un matériau minéral de manière à recouvrir le substrat.
[0020] L’étape de réalisation du capteur infrarouge peut comporter un dépôt d’une couche de protection recouvrant la couche diélectrique inter-métal, et une suppression de la couche sacrificielle minérale par attaque chimique à l’acide fluorhydrique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0021] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de détection infrarouge selon un mode de réalisation ; la figure 2A illustre un exemple d’évolution du coefficient pyroélectrique d’un matériau sensible à base de PVDF en fonction de la température, et la figure 2B illustre un exemple d’évolution temporelle de la température de la membrane absorbante de deux capteurs infrarouges du dispositif de détection soumis à des rayonnements infrarouges différents émis par la scène ; les figures 3A à 3F sont des vues, partielles et schématiques, en coupe ou de dessus, des structures obtenues à des étapes successives d’un exemple du procédé de fabrication d’un dispositif de détection infrarouge selon le mode de réalisation illustré sur la fig.l ; la figure 4 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de détection infrarouge selon une variante du mode de réalisation illustré sur la fig.l.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
[0022] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à 10% près.
[0023] L’invention porte sur un dispositif de détection infrarouge comportant un ou plusieurs capteurs infrarouge de type pyroélectrique, lesquels sont adaptés à absorber un premier rayonnement infrarouge émis par une scène. Le dispositif présente l’avantage de ne pas nécessiter de moduler temporellement le premier rayonnement infrarouge à détecter, notamment au moyen d’un hacheur situé entre la scène et le dispositif de détection infrarouge comme dans les exemples de l’art antérieur mentionnés précédemment.
[0024] Pour cela, le dispositif de détection infrarouge comporte un ou plusieurs émetteurs infrarouge de modulation associés chacun avec un capteur infrarouge. Le capteur infrarouge est alors adapté à absorber le premier rayonnement infrarouge incident provenant de la scène, ainsi qu’un deuxième rayonnement infrarouge incident émis par l’émetteur infrarouge. L’émetteur infrarouge comporte une piste résistive disposée sous la membrane absorbante du capteur infrarouge, qui est adaptée à émettre le deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation, celui-ci étant alors variable. Le rayonnement infrarouge de modulation est variable au sens où il présente des caractéristiques en amplitude et fréquence telles qu’il induit une variation temporelle de température de la membrane absorbante apte à générer une différence de potentiels électriques mesurable au niveau du matériau pyroélectrique.
[0025] Le rayonnement infrarouge total absorbé par la membrane absorbante comporte ainsi une première composante, constante ou variable, provenant de la scène, et une deuxième composante, variable, provenant de l’émetteur infrarouge de modulation. Le rayonnement infrarouge total absorbé par la membrane suspendue est ainsi modulé temporellement, ce qui se traduit par un échauffement variable de la membrane propre à générer une différence de potentiels électriques mesurable.
[0026] Le capteur infrarouge est de type pyroélectrique, dans le sens où le matériau sensible est un matériau pyroélectrique qui présente une variation de la polarisation spontanée en réponse à une variation de température se traduisant par l’apparition d’une différence de potentiels électriques entre des électrodes au contact du matériau pyroélectrique. Le coefficient pyroélectrique p est défini comme la dérivée de la polarisation spontanée par rapport à la température.
[0027] La figure 1 illustre un dispositif 1 de détection infrarouge selon un mode de réalisation. Le capteur infrarouge 20 comporte une membrane absorbante 21 à matériau sensible 22 pyroélectrique, suspendue au-dessus d’un substrat 10 par des piliers d’ancrage 23 et des bras 24 d’isolation thermique, ainsi qu’un circuit électronique 30 de commande et de lecture situé dans le substrat 10. L’émetteur infrarouge 40 de modulation comporte une piste résistive 41 située sous la membrane absorbante 21 et avantageusement au niveau du substrat 10, c’est-à-dire dans ou à la surface de celui-ci, ainsi qu’un deuxième circuit électronique 50 de commande situé dans le substrat 10. Le capteur infrarouge 20 est ici adapté à absorber un rayonnement infrarouge compris dans la bande de longueurs d’ondes infrarouges longues (dite LWIR, allant de 8pm à 14pm environ), mais peut en variante être adapté à absorber dans la bande de longueurs d’ondes infrarouges moyennes (dite MWIR, allant de 3pm à 8pm environ), voire dans la bande courte (dite SWIR, allant de l,4pm à 3pm environ).
[0028] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel orthogonal (Χ,Υ,Ζ), où le plan (X,Y) est sensiblement parallèle au plan du substrat 10 du dispositif 1 de détection, et où l’axe Z est orienté suivant une direction sensiblement orthogonale au plan du substrat 10. Dans la suite de la description, les termes « inférieur » et « supérieur » s’entendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu’on s’éloigne du substrat 10 suivant la direction +Z.
[0029] Le dispositif 1 de détection comprend un substrat 10, réalisé dans cet exemple à base de silicium, comportant un premier circuit électronique 30 permettant la commande et la lecture du capteur infrarouge 20, et un deuxième circuit électronique 50 permettant la commande de l’émetteur infrarouge 40. Chaque circuit électronique comporte des portions de lignes conductrices, par exemple métalliques, séparées les unes des autres par un matériau diélectrique, par exemple un matériau minéral à base de silicium tel qu’un oxyde de silicium SiOx, un nitrure de silicium SiNx, ou leurs alliages.
[0030] Le capteur infrarouge 20 comporte le premier circuit électronique 30 de commande et de lecture, qui se présente ici sous la forme d’un circuit intégré CMOS situé à l’intérieur du substrat 10. Il permet l’application d’un signal électrique de commande au capteur infrarouge 20 ainsi que la lecture d’un signal de détection généré par le capteur infrarouge 20 en réponse à l’absorption d’un rayonnement infrarouge incident. Il comporte à cet effet des éléments électroniques actifs 34, par exemple des diodes, transistors, condensateurs, résistances.., connectés par des interconnexions électriques au capteur infrarouge 20 d’une part, et à un plot d’interconnexion (non représenté) d’autre part, ce dernier étant destiné à relier électriquement le dispositif 1 de détection à un dispositif électronique externe.
[0031] Le circuit électronique 30 comporte différents niveaux d’interconnexion électrique formés de lignes métalliques séparées les unes des autres par des couches diélectriques dites inter-métal. Ainsi, il comporte des premières portions 31 d’une ligne métallique connectées à des deuxièmes portions 32 d’une ligne métallique d’un niveau inférieur d’interconnexion électrique par des vias conducteurs 33. Les différents vias et lignes métalliques sont respectivement séparés les uns des autres par une couche diélectrique 11 inter-métal. Les premières portions 31 du circuit électronique 30 ainsi que la couche diélectrique 11 inter métal affleurent au niveau de la face supérieure 10s du substrat 10. En d’autres termes, la face supérieure 10s du substrat 10 est formée notamment par une surface supérieure des premières portions 31 et par une surface supérieure de la couche diélectrique 11.
[0032] A titre illustratif, les portions 31, 32 de lignes métalliques et les vias conducteurs 33 peuvent être réalisés, par exemple, en cuivre, en aluminium ou en tungstène. Le cuivre ou le tungstène peut éventuellement être situé entre des sous-couches en nitrure de titane, de tantale ou autre. Les couches diélectriques inter-métal peuvent être réalisées en un matériau minéral à base de silicium, par exemple un oxyde de silicium SiOx ou un nitrure de silicium SiNx, voire en un alliage à base d’oxyde de silicium présentant une faible permittivité relative, tel que du SiOF, du SiOC, du SiOCH, etc...
[0033] L’émetteur infrarouge 40 comporte une piste résistive 41 adaptée à émettre le deuxième rayonnement infrarouge en direction de la membrane suspendue 21, et un deuxième circuit électronique 50 de commande adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive 41. La variation temporelle du signal électrique dans la piste résistive 41 est adaptée pour induire une variation de la puissance électrique dissipée par effet Joule, et donc de la puissance rayonnée par la piste résistive 41. Ainsi, le deuxième rayonnement de modulation, émis par la piste résistive 41 et absorbé par la membrane suspendue 21, varie dans le temps, de manière à générer une variation temporelle de la température de la membrane suspendue 21 se traduisant par la formation d’une différence de potentiels électriques entre des électrodes situées au contact du matériau pyroélectrique 22.
[0034] La piste résistive 41 est située sous la membrane absorbante 21, au sens où au moins une partie de la piste résistive 41 est située à la perpendiculaire, suivant l’axe Z, de la membrane absorbante 21, et avantageusement du matériau pyroélectrique 22. Elle repose dans cet exemple sur le substrat 10 et peut être située sous ou sur la face supérieure 10s du substrat 10. Dans cet exemple, elle est située sous la face supérieure 10s et participe à la délimiter. Elle est ainsi située sous une couche de protection, cette dernière étant alors au moins partiellement transparente au rayonnement infrarouge de modulation. Elle est ici sensiblement coplanaire avec les premières portions 31 du circuit électronique 30 et peut être formée des mêmes matériaux. A titre d’exemple, elle peut être formée à partir d’aluminium, de cuivre ou de tungstène. Le cuivre ou le tungstène peut éventuellement être entouré par des couches barrières, par exemple en titane ou tantale, ou leur nitrure, empêchant la diffusion du métal dans le diélectrique inter-métal. Elle présente une résistivité et des dimensions transversales de largeur et d’épaisseur qui sont adaptées pour optimiser l’absorption du rayonnement infrarouge de modulation par la membrane suspendue 21. Ainsi, elle présente une longueur comprise entre 5pm et lOOprn, et de préférence comprise entre lOpm et 50pm, une largeur comprise entre 0.3pm et lOpm, et de préférence comprise entre lpm et 2pm, et une épaisseur comprise entre lOnm et 500nm, et comprise de préférence entre 50nm et 450nm. La forme de la piste résistive 41 peut être adaptée pour assurer une bonne répartition du flux lumineux sous la membrane absorbante 21, tout en optimisant la surface des portions réfléchissantes 13. Ainsi, comme illustré sur la fig.3B, la piste résistive 41peut former une ligne rectiligne s’étendant entre deuxportions réfléchissantes 13.
[0035] Le deuxième circuit électronique 50 de commande est situé dans le substrat 10, et se présente sous la forme d’un circuit intégré CMOS. Il permet l’application d’un signal électrique variable à la piste résistive 41. Il comporte à cet effet des éléments électroniques actifs 54, connectés électriquement par des interconnexions électriques à la piste résistive 41 d’une part, et au plot d’interconnexion mentionné précédemment d’autre part. Dans cet exemple, il comporte des deuxièmes portions 52 de lignes métalliques, celles-ci étant ici coplanaires des deuxièmes portions 32 du premier circuit électronique 30, connectées aux extrémités de la piste résistive 41 par des vias conducteurs 53. La piste résistive 41 est espacée des deuxièmes portions 52 par la couche diélectrique 11 inter-métal. Le signal électrique variable appliqué à la piste résistive 41 présente des caractéristiques en intensité et fréquence telles qu’il permet l’émission d’un rayonnement de modulation par la piste résistive 41 adapté à générer une réponse électrique de la part du capteur infrarouge 20. Il peut ainsi être un signal de préférence périodique, par exemple sinusoïdal ou en créneaux, dont la fréquence est ajustée en fonction du mode de lecture. Elle peut ainsi être égale à deux fois la fréquence trame.
[0036] Des portions réfléchissantes 13 vis-à-vis du premier rayonnement infrarouge à détecter, peuvent être prévues à la surface du substrat 10, comme illustrées sur la figure 3B (la fig.3A étant une vue en coupe selon le plan A-A de la fig.3B), en étant situées sous la membrane suspendue 21 (en traits pointillés) et avantageusement disposées de part et d’autre de la piste résistive 41. Elles peuvent être réalisées en un matériau identique à celui de la piste résistive 41, et sont électriquement isolées de celle-ci par le matériau de la couche diélectrique 11 inter-métal.
[0037] Dans ce mode de réalisation, la face supérieure 10s du substrat 10 est revêtue d’une couche de protection 12. Plus précisément, la couche de protection 12 recouvre la surface formée par la couche diélectrique 11 inter-métal, et dans cet exemple également celle formée par les premières portions 31 du circuit électronique 30, la piste résistive 41, et les portions réfléchissantes 13. Comme décrit par la suite, dans la mesure où la couche de protection 12 revêt également la piste résistive 41 de l’émetteur infrarouge 40, elle est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent au rayonnement infrarouge de modulation.
La couche de protection 12 présente ici une fonction d’arrêt de gravure, et est adaptée à assurer une protection du substrat 10 et des couches diélectriques inter-métal réalisées en un matériau minéral vis-à-vis d’une attaque chimique, par exemple une attaque chimique en milieu acide HF (acide fluorhydrique) mise en œuvre pour graver une couche sacrificielle 14 utilisée lors de la réalisation de la membrane absorbante 21. Cette couche de protection 12 forme ainsi une couche hermétique et chimiquement inerte. Elle est électriquement isolante pour éviter tout court-circuit entre les portions de ligne métallique. Elle peut ainsi être réalisée en alumine AI2O3, voire en nitrure ou fluorure d’aluminium. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de nanomètres, par exemple entre lOnm et 500nm.
[0038] Le capteur infrarouge 20 comporte une membrane absorbante 21 comportant un matériau sensible 22 pyroélectrique, suspendue au-dessus du substrat 10 par des piliers d’ancrage 23 et des bras 24 d’isolation thermique. Les piliers d’ancrage 23 sont électriquement conducteurs, et traversent localement la couche de protection 12 pour assurer un contact électrique avec les premières portions 31 du circuit électronique 30. La membrane absorbante 21 est espacée du substrat 10 d’une distance non nulle. Ala différence des bolomètres résistifs, il n’est pas nécessaire que cette distance soit ajustée de manière à former une cavité quart d’onde optimisant l’absorption du premier rayonnement infrarouge par la membrane suspendue 21. Cette distance peut ainsi être minimisée, ce qui réduit notamment le temps de libération de la membrane absorbante 21 lors de la gravure d’une couche sacrificielle 14. Ainsi, une lame quart d’onde est avantageusement formée entre les électrodes 26 et 28, notamment lorsque les portions réfléchissantes 13 ne sont pas prévues. Cependant, une lame quart d’onde peut être réalisée entre les portions réfléchissantes 13 et l’une des électrodes 26, 28, de préférence l’électrode supérieure 28 pour minimiser l’épaisseur de la couche sacrificielle 14.
[0039] Le matériau sensible 22 du capteur infrarouge 20 est ici avantageusement un matériau pyroélectrique 22 réalisé en un polymère de fluorure de vinylidène (PVDL), ou en un copolymère de PVDL tel que le poly(fluorure de vinylidène - trifluoroéthylène) (P(VDL-TrLE)), le poly(fluorure de vinylidène - tétrafluoroéthylène), notamment le P(VDLx-TLEi-x) où x est un nombre réel compris entre 60 et 80, le poly(fluorure de vinylidène -trifluoroéthylène - chlorofluoroéthylène) (P(VDL-TrLE-CLE)), le poly( fluorure de vinylidène - trifluoroéthylène - chlorotrifluoroéthylène) (P(VDL-TrLE-CTLE)). Le matériau pyroélectrique 22 est dit à base de PVDL dans le sens où il comprend au moins 10% en masse, et de préférence au moins 25%, 50%, ou 75% en masse d’un polymère PVDL et/ou d’au moins un copolymère de PVDL. Il peut ainsi être formé du polymère PVDL, d’au moins un copolymère de PVDL, ou d’un mélange des deux. Comme mentionné plus loin, un matériau pyroélectrique 22 à base de PVDL présente l’avantage d’avoir un coefficient pyroélectrique dont la valeur augmente avec la température, améliorant ainsi la sensibilité du dispositif 1 de détection.
[0040] D’autres matériaux pyroélectriques inorganiques sont possibles, tels que les céramiques de type BST (titanate de baryum / strontium) ou PZT (titanate de plomb / zirconium), le ZnO (oxyde de zinc), l’AIN (nitrure d’aluminium), le BaTiO3 (baryum titanate), ou même un mélange hybride entre les matériaux à base de PVDF et ces matériaux pyroélectriques inorganiques. Un matériau pyroélectrique 22 à base de PVDF permet une intégration moins contraignante sur un substrat 10 comportant des circuits intégrés CMOS dans la mesure notamment où l’activation des propriétés pyroélectriques ne requiert pas de recuit à une température élevée susceptible de dégrader les liaisons métalliques des circuits CMOS.
[0041] La membrane suspendue 21 comporte également deux électrodes conductrices, une électrode supérieure 28 et une électrode inférieure 26, connectées chacune à un pilier d’ancrage 23 différent, entre lesquels le matériau pyroélectrique 22 est directement interposé. En d’autres termes, le matériau pyroélectrique 22 est situé entre les électrodes inférieure 26 et supérieure 28 et au contact de chacune d’elles. Ainsi, une variation de température du matériau sensible 22 induit une différence de potentiels électriques entre les électrodes 26, 28 qui peut être mesurée par le premier circuit électronique 30.
[0042] L’électrode inférieure 26 est au contact de la face inférieure 22i du matériau pyroélectrique 22 orientée vers le substrat 10. Elle est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent, et avantageusement partiellement absorbant, vis-à-vis du rayonnement infrarouge de modulation. Elle repose ici sur une première couche diélectrique 25, et est électriquement isolée de l’électrode supérieure 28 par une deuxième couche diélectrique 27. Elle peut être réalisée en un ou plusieurs couches métalliques de Ti, TiN, NiCr, Al, Au, Pt, W, Ni, Cu, Mo etc.., et présente une épaisseur comprise entre 3nm et 200nm.
[0043] L’électrode supérieure 28 est au contact de la face supérieure 22s du matériau pyroélectrique 22 opposée à la face inférieure 22i. Elle est au moins partiellement transparente, et avantageusement partiellement absorbante, vis-à-vis du premier rayonnement infrarouge à détecter. Elle repose partiellement sur la deuxième couche diélectrique 27 qui l’isole électriquement de l’électrode inférieure 26. Elle peut être réalisée en un ou plusieurs couches métalliques de Ti, TiN, NiCr, Al, Au, Pt, W, Ni, Cu, Mo etc.., et présente une épaisseur comprise entre 3nm et 50nm, et de préférence comprise entre 3nm et lOnm. La résistance de l’électrode supérieure 28 est avantageusement sensiblement égale à l’impédance du vide, à savoir 377Ω/carré.
[0044] Ainsi, l’ensemble formé des électrodes 26, 28 et du matériau pyroélectrique 22 correspond à un condensateur dont le matériau pyroélectrique 22 forme le diélectrique. L’épaisseur du matériau pyroélectrique 22 peut être choisie de manière à optimiser l’absorption du rayonnement infrarouge à détecter, en formant avec les électrodes une cavité optique quart d’onde. A titre illustratif, pour un rayonnement infrarouge à détecter compris dans la bande spectrale allant de 8pm à 14pm, l’épaisseur du matériau pyroélectrique 22 peut être comprise entre lpm et lOpm, et est avantageusement sensiblement égale à l,5pm.
[0045] Le fonctionnement du détecteur infrarouge est maintenant décrit en référence à la figure 1 et aux figures 2A et 2B.
[0046] Le capteur infrarouge 20 reçoit un premier rayonnement infrarouge émis par une scène, dont la puissance absorbée (flux infrarouge absorbé) est notée Φμ Ce rayonnement infrarouge peut être variable ou constant dans le temps. Il est dit constant s’il présente une variation temporelle dont le temps caractéristique τ est négligeable par rapport à la constante de temps thermique rth du capteur infrarouge 20, par exemple s’il est inférieur au centième de rth. La constante de temps thermique rth est définie comme le produit de la masse calorifique Cth de la membrane suspendue 21 et de sa résistance thermique Rth. Lorsqu’il est constant, le premier rayonnement infrarouge Φι absorbé par la membrane ne conduit pas à une variation de température de celle-ci susceptible de former une différence de potentiels électriques aux électrodes. Le capteur infrarouge 20 ne délivre donc pas de réponse électrique à l’absorption d’un rayonnement infrarouge Φι constant.
[0047] Simultanément à l’absorption du rayonnement infrarouge Φι par le capteur infrarouge 20, l’émetteur infrarouge 40 émet un deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation en direction de la membrane absorbante 21, dont la puissance absorbée par la membrane est notée Φ2(ί). Pour cela, le circuit de commande applique un signal électrique variable à la piste résistive 41 qui dissipe de la chaleur par effet Joule, réalisant ainsi l’émission du rayonnement infrarouge Φ2(ί) de modulation. Le signal électrique est dit variable dans le sens où le rayonnement infrarouge Φ2(ί) émis par la piste résistive 41 et absorbé par la membrane suspendue 21 varie temporellement avec un temps caractéristique non négligeable par rapport à la constante de temps thermique rth. Le signal électrique est choisi de sorte à ne pas varier trop rapidement par rapport à τ* pour que la puissance absorbée Φ2(ί) induise effectivement une variation de température au matériau pyroélectrique 22. La fréquence du signal de modulation Φ2(ί) peut de préférence être de l’ordre de deux fois la fréquence image (fréquence trame) comme dans le cas d’un chopper optique, mais elle peut en être différente en fonction du mode de lecture. Par ailleurs, de préférence, elle peut être supérieure ou égale à environ quatre fois celle du premier rayonnement infrarouge Φι, de sorte que celui-ci soit sensiblement constant sur une période du signal de modulation Φ2(ί). Autrement dit, de préférence, la fréquence du signal de modulation Φ2(ί) peut être comprise entre l/rm et 4/rth.
[0048] Ainsi, le capteur infrarouge 20 absorbe simultanément le rayonnement infrarouge Φι provenant de la scène et le rayonnement infrarouge Φ2(ί) de modulation provenant de la piste résistive 41, de sorte que le rayonnement infrarouge total absorbé Φιοι(ί) est modulé temporellement. En d’autres termes, le rayonnement infrarouge total absorbé Φ1ο1(ί) comporte une composante source formée par le premier rayonnement infrarouge Φι à détecter, et une composante variable formée par le rayonnement infrarouge Φ2(ί) de modulation. Le rayonnement infrarouge total Φιοι(ί), étant modulé temporellement, induit une variation temporelle de température de la membrane suspendue 21 se traduisant par la formation d’une différence de potentiels électriques aux électrodes 26, 28 qui est mesurée par le circuit électronique 30.
[0049] Le rayonnement infrarouge Φι émis par la scène est donc détecté par le dispositif 1 de détection, qu’il soit variable ou constant dans le temps, sans qu’il ait été préalablement modulé temporellement par un hacheur situé entre la scène et le capteur infrarouge 20, comme dans les exemples de l’art antérieur mentionnés précédemment. Cela permet de ne pas diminuer la quantité d’énergie infrarouge incidente émise par la scène, et donc de ne pas diminuer les performances du dispositif 1 de détection infrarouge. On évite également d’accroître la complexité et la consommation électrique du dispositif 1 de détection infrarouge qui comprendrait un tel hacheur. De plus, un tel dispositif 1 de détection présente une sensibilité augmentée, dans la mesure où la réponse électrique du capteur infrarouge 20 dépend de la valeur du coefficient pyroélectrique. Or, comme le montre la figure 2Adans le cas du P(VDF-TrFe), celui-ci présente une valeur qui augmente avec la température, suivant une loi en T2 au premier ordre. Ainsi, pour une même puissance absorbée du premier rayonnement infrarouge, le capteur infrarouge 20 présente une réponse électrique plus élevée dans la mesure où la température de la membrane associée à l’absorption du rayonnement infrarouge Φι émis par la scène est augmentée par l’absorption du rayonnement infrarouge Φ2(ί) de modulation. Plus précisément, le circuit électronique 30 peut mesurer un courant électrique Ip issu de la différence de potentiels électriques aux électrodes, s’écrivant Ip = p(T) x S x dT/dt, où p est le coefficient pyroélectrique, T la température, et S est la surface du matériau pyroélectrique 22 dans le plan XY de la membrane suspendue 21. Ainsi, la valeur du coefficient pyroélectrique p, et donc du courant électrique Ip de réponse, est augmentée du fait que l’échauffement de la membrane est plus important par l’absorption tant du rayonnement infrarouge Φι provenant de la scène que du rayonnement infrarouge Φ2(ί) provenant de la piste résistive 41.
[0050] Le dispositif 1 de détection infrarouge peut comporter une matrice de capteurs infrarouges 20, chaque capteur infrarouge 20 étant associé à un émetteur infrarouge 40 propre formant ensemble un pixel de détection P;. Les pixels sont de préférence identiques les uns aux autres, de sorte que les capteurs infrarouges 20 sont structurellement identiques et présentent les mêmes propriétés optoélectroniques. De plus, les émetteurs infrarouges 40 sont identiques les uns aux autres et émettent, de préférence, des rayonnements infrarouges Φ2(ί) de modulation en phase les uns avec les autres, et identiques en amplitude et en fréquence.
[0051] Le courant pyroélectrique Ipi associé à chaque pixel P; dépend ainsi de la variation temporelle dTi/dt de la température T; et de la valeur du coefficient pyroélectrique p;. La variation temporelle de température dTi/dt peut être identique pour deux pixels recevant un premier rayonnement infrarouge de puissances Φι,; constantes mais de valeurs différentes. Cependant, le courant pyroélectrique Ip; sera différent dans la mesure où le coefficient pyroélectrique p; associé à chacun de ces pixels est différent.
[0052] La figure 2B illustre ainsi l’évolution temporelle de la température Ti de la membrane suspendue 21 d’un premier pixel Pi et celle de la température T2 de la membrane suspendue 21 d’un deuxième pixel P2. Chacun des pixels Pi et P2 est soumis à un même rayonnement variable de modulation Φ2(ί). Ils absorbent des premiers rayonnements émis par la scène, de puissances Φι,ι et Φι,2 constantes dans le temps mais de valeurs différentes avec Φι,ι < Φι,2. Ainsi, la variation temporelle de la température est identique pour les deux pixels dTi/dt = dT2/dt, mais les coefficients pyroélectriques pi et p2 sont différents, avec pi < p2, puisque la température Tl est inférieure à la température T2 (cf. fig.2A) dans la mesure où la puissance infrarouge totale absorbée est telle que Φι,ι+Φ2(ί) < Φι,2+Φ2(ί). Aussi, les courants pyroélectriques Ipi et Ip2 associés aux pixels Pi et P2 sont non nuis et différents l’un de l’autre, le courant Ip2 présentant une amplitude supérieure à celle du courant Ip i. Ainsi, même lorsque le premier rayonnement infrarouge est constant, la différence de puissance absorbée Φι,ι par chaque pixel Pi est détectée par le dispositif 1.
[0053] Un procédé de réalisation du dispositif 1 de détection infrarouge selon le mode de réalisation illustré sur la fig. 1 est maintenant décrit en référence aux figures 3A à 3F. Dans cet exemple, le dispositif 1 de détection comporte un substrat 10 réalisé à base de silicium et un capteur infrarouge 20 dont le matériau sensible 22 est à base de PVDF. La réalisation des membranes suspendues comporte une étape de libération de la membrane absorbante 21 par suppression d’une couche sacrificielle 14 minérale par attaque chimique en HF vapeur, le matériau pyroélectrique 22 à base de PVDF étant sensiblement inerte à une telle attaque chimique.
[0054] En référence à la figure 3A, on réalise un substrat 10 comportant le premier circuit électronique 30 du capteur infrarouge 20, ainsi que l’émetteur infrarouge 40. On réalise ainsi les éléments électroniques actifs 34 du premier circuit électronique 30 et ceux 54 du deuxième circuit électronique 50, dans des couches diélectriques inter-métal, par des techniques classiques de la microélectronique. On réalise ensuite les deuxièmes portions 32 du premier circuit électronique 30 et celles 52 du deuxième circuit électronique 50 dans une couche diélectrique 11 inter-métal. Ces deuxièmes portions 32, 52 sont ici sensiblement coplanaires. On dépose une couche diélectrique 11 inter-métal, et on réalise ensuite les vias conducteurs 33, 53 des circuits électroniques 30, 50 au travers de la couche diélectrique 11 déposée.
[0055] On réalise ensuite, de préférence simultanément, les premières portions 31 du premier circuit électronique 30 et la piste résistive 41 de l’émetteur infrarouge 40. Les premières portions 31 sont électriquement reliées aux deuxièmes portions 32 par des vias conducteurs 33, et la piste résistive 41 est électriquement connectée, au niveau de ses extrémités, aux deuxièmes portions 52 par des vias conducteurs 53. La piste résistive 41 et les premières portions 31 sont ici sensiblement coplanaires. La surface supérieure des premières portions 31, celle de la piste résistive 41, et celle de la couche diélectrique 11 intermétal, participent à définir la face supérieure 10s du substrat 10.
[0056] Cette étape de réalisation du substrat 10 et de l’émetteur infrarouge 40 peut être similaire à l’étape de réalisation du substrat 10 décrite dans le document EP2743659. Ainsi, à titre illustratif, les vias conducteurs 33, 53, les premières portions 31, et la piste résistive 41 peuvent être réalisés en cuivre, en aluminium ou en tungstène, par exemple par un procédé damascène dans lequel on remplit des tranchées réalisées dans la couche diélectrique 11 inter-métal. L’affleurement des premières portions 31 et de la piste résistive 41 au niveau de la face supérieure 10s du substrat 10 peut être obtenu par une technique de polissage mécano-chimique (CMP).
[0057] En référence à la figure 3B, des portions réfléchissantes 13 peuvent avantageusement être réalisées de part et d’autre de la piste résistive 41, de manière à couvrir une surface, dans le plan XY, au moins sensiblement égale à la surface du matériau sensible 22 de la membrane absorbante 21. Les portions réfléchissantes 13 sont sensiblement coplanaires aux premières portions 31 et la piste résistive 41, et sont électriquement isolées de celles-ci par la couche diélectrique 11 inter-métal.
[0058] En référence à la figure 3C, on dépose une couche de protection 12 formant arrêt de gravure sur la face supérieure 10s du substrat 10. Celle-ci recouvre ainsi continûment la couche diélectrique 11 inter-métal, ainsi que les premières portions 31 et la piste résistive 41, et le cas échéant les portions réfléchissantes 13. La couche de protection 12 peut comporter un matériau sensiblement inerte à une gravure chimique mise en œuvre ultérieurement pour supprimer la ou les couches sacrificielles minérales, plus précisément une attaque chimique en milieu HF en phase vapeur. La couche de protection 12 permet ainsi d’éviter que les couches diélectriques inter-métal du substrat 10 CMOS ne soient gravées lors des étapes de suppression des couches sacrificielles. Elle peut être formée d’alumine AI2O3, voire de nitrure d’aluminium, de trifluorure d’aluminium, ou de silicium amorphe non intentionnellement dopé. Elle peut être déposée par exemple par ALD (pour Atomic Layer Déposition, en anglais) et présenter une épaisseur par exemple de l’ordre d’une dizaine de nanomètres à quelques centaines de nanomètres, par exemple une épaisseur comprise entre 20nm et 150nm. Elle est ainsi au moins partiellement transparente au rayonnement infrarouge de modulation émis par la piste résistive 41.
[0059] On dépose ensuite une couche sacrificielle 14 sur la couche de protection 12, ici une couche en un matériau minéral, par exemple un oxyde de silicium SiOx déposé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Ce matériau minéral est apte à être supprimé par gravure chimique humide, en particulier par attaque chimique en milieu acide, l’agent de gravure étant de préférence de l’acide fluorhydrique (HF) en phase vapeur. Cette couche sacrificielle 14 minérale est déposée de manière à s’étendre continûment sur sensiblement toute la surface du substrat 10 et recouvrir la couche de protection 12. Elle présente une épaisseur, suivant l’axe Z, qui définit ultérieurement la distance séparant la membrane absorbante 21 du substrat 10.
[0060] En référence à la figure 3D, on réalise ensuite des orifices verticaux destinés à la formation des piliers d’ancrage 23 du capteur infrarouge 20. Ils sont réalisés par photolithographie et gravure, et traversent la couche sacrificielle 14 minérale ainsi que la couche de protection 12, pour déboucher sur les premières portions 31 du circuit électronique 30. Les orifices verticaux peuvent présenter une section droite dans le plan (X,Y) de forme carrée, rectangulaire, ou circulaire, d’une surface sensiblement égale, par exemple, à 0,25pm2. On réalise ensuite les piliers d’ancrage 23 dans les orifices verticaux. Ils peuvent être réalisés par remplissage des orifices par un ou plusieurs matériaux électriquement conducteurs. A titre d’exemple, ils peuvent comporter chacun une couche de TiN déposée par MOCVD (pour Métal Organic Chemical Vapor Déposition, en anglais) sur les flancs verticaux des orifices, et un cœur en cuivre ou en tungstène remplissant l’espace délimité transversalement par la couche de TiN. Une étape de CMP permet ensuite de planariser la surface supérieure formée par la couche sacrificielle 14 et les piliers d’ancrage 23.
[0061] En référence à la figure 3E, on réalise ensuite la membrane absorbante 21 ainsi que le bras 24 de maintien et d’isolation thermique. On forme un empilement d’une première couche diélectrique 25 et d’une couche conductrice formant l’électrode inférieure 26, sur la face supérieure 14s de la couche sacrificielle 14. La couche diélectrique 25 est gravée localement de manière à permettre à l’électrode inférieure 26 de contacter le premier pilier d’ancrage 23. L’électrode inférieure 26 est gravée localement, par exemple au niveau du deuxième bras 24 d’isolation thermique, pour éviter tout court-circuit avec le deuxième pilier d’ancrage 23.
[0062] On forme ensuite par dépôt et gravure une deuxième couche diélectrique 27, de manière à recouvrir l’électrode inférieure 26 hormis dans une zone laissée libre destinée à recevoir le matériau pyroélectrique 22. On forme ensuite le matériau pyroélectrique 22 à base de PVDF au niveau de la zone libre de l’électrode inférieure 26. On dépose ensuite une couche conductrice formant l’électrode supérieure 28, de manière à recouvrir la deuxième couche diélectrique 27 ainsi que le matériau pyroélectrique 22. La deuxième couche diélectrique 27 a été préalablement gravée localement de manière à ce que l’électrode supérieure 28 puisse contacter le deuxième pilier d’ancrage 23. Une étape de photolithographie et gravure de l’empilement de couches est effectuée pour former les bras 24 de maintien et d’isolation thermique.
[0063] Ainsi, l’électrode inférieure 26 est au contact électrique du premier pilier et l’électrode supérieure 28 au contact électrique du deuxième pilier. Elles sont isolées électriquement l’une de l’autre par la couche diélectrique 27 intercalaire. Le matériau pyroélectrique 22 est directement intercalé entre les deux électrodes 26, 28, c’est-à-dire qu’il est situé entre et au contact de ces électrodes 26, 28. Les électrodes 26, 28 recouvrent de préférence entièrement, respectivement, les faces inférieure 22i et supérieure 22s du matériau pyroélectrique 22. L’ensemble formé des électrodes 26, 28 et du matériau pyroélectrique 22 correspond ainsi à un condensateur dont le matériau pyroélectrique 22 est le diélectrique.
[0064] Les électrodes 26, 28 peuvent être formées d’un ou plusieurs matériaux métalliques, choisis parmi, entre autres, le titane, le nitrure de titane, le tungstène etc...et les couches diélectriques 25, 27 peuvent être réalisées en un ou plusieurs matériaux sensiblement inertes à l’acide fluor hydrique, par exemple en alumine AI2O3, en nitrure d’aluminium, en trifluorure d’aluminium, ou en silicium amorphe non intentionnellement dopé.
[0065] Le procédé de fabrication du dispositif 1 de détection peut également comporter des étapes de formation d’une structure d’encapsulation (non représentée) permettant d’encapsuler sous vide le dispositif 1 de détection. Ces étapes sont connues de l’homme du métier et ne sont pas reprises ici.
[0066] En référence à la figure 3F, on effectue une gravure chimique adaptée à supprimer la couche sacrificielle 14 minérale, ici par une gravure chimique humide par attaque à l’acide fluorhydrique en phase vapeur, pour obtenir ainsi la suspension de la membrane absorbante 21 et libérer les piliers d’ancrage 23. La gravure par attaque HF vapeur est sélective de sorte que le matériau pyroélectrique 22 à base de PVDF et la couche de protection 12 ne sont pas supprimés. On obtient ainsi le dispositif 1 de détection comportant le capteur infrarouge 20 et l’émetteur infrarouge 40 de modulation. Le procédé de fabrication est avantageusement un procédé collectif, permettant d’obtenir de manière simultanée une matrice de pixels de détection identiques les uns aux autres.
[0067] Enfin, dans le but de renforcer les propriétés pyroélectriques du matériau sensible 22 à base de PVDF, le procédé comporte de préférence une étape dans laquelle le matériau sensible 22 est soumis à un champ électrique d’intensité élevée et/ou à un recuit thermique, de préférence à une température inférieure à 170 °C pendant une durée allant de plusieurs minutes à quelques heures. Ainsi, à titre d’exemple, le matériau pyroélectrique 22 peut être soumis à un champ électrique dont l’intensité peut être comprise entre 80 V/pm et 150 V/pm pendant quelques minutes, par exemple entre 1 et 5 min. Il peut ensuite, ou concomitamment, être soumis à un recuit thermique à une température comprise entre 50°Cet 90°Cpendant 30 min à 60 min.
[0068] Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.
[0069] Ainsi, la figure 4 illustre un dispositif 1 de détection selon une variante, qui se distingue du dispositif 1 de détection illustré sur la fig.l essentiellement en ce que la piste résistive 41 de l’émetteur infrarouge 40 n’est pas revêtue par la couche de protection, mais est disposée sur cette dernière. Plus précisément, la piste résistive 41 est au contact de la face dite supérieure de la couche de protection 12, la face supérieure étant orientée vers la membrane absorbante 21, et non pas au contact de la face inférieure opposée. Les vias conducteurs 53 traversent alors la couche de protection 12 pour contacter les extrémités de la piste résistive 41.
[0070] Selon une autre variante, la couche sacrificielle sur laquelle est réalisée la membrane absorbante 21 peut être une couche en un matériau carboné, par exemple du polyimide. La suppression de la couche sacrificielle peut être réalisée par une gravure chimique sèche, par exemple à l’oxygène présent dans un plasma, sans que les couches diélectriques inter-métal du substrat 10 ne soient dégradées. Ainsi, la couche de protection peut être omise.
[0071] Selon une autre variante, le substrat 10 peut être en verre, et les éléments actifs 34, 54 des circuits électroniques 30, 50 peuvent alors être situés dans une puce de commande connectée électriquement et assemblée mécaniquement au substrat 10 au niveau de la face inférieure de celui-ci. Les vias conducteurs 33, 53 peuvent alors traverser l’épaisseur du substrat 10 isolant.
[0072] Selon une autre variante, la piste résistive 41 peut ne pas reposer sur le substrat ou une couche de protection, mais être suspendue au-dessus du substrat par les vias conducteurs 53.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de détection d’un premier rayonnement infrarouge, comportant : o un substrat (10) ; o au moins un capteur infrarouge (20), disposé sur le substrat (10), comportant : • une membrane absorbante (21) apte à absorber le premier rayonnement infrarouge à détecter et un deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation, suspendue au-dessus du substrat (10), comportant une électrode inférieure (26), une électrode supérieure (28), et un matériau pyroélectrique (22) directement interposé entre ces électrodes (26, 28) ; caractérisé en ce qu’il comporte : o un émetteur infrarouge (40), comportant : • une piste résistive (41) apte à émettre le deuxième rayonnement infrarouge de modulation en direction de la membrane absorbante (21), située entre le substrat (10) et la membrane absorbante (21) ; • un circuit électronique (50) de commande, connectée à la piste résistive (41), adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive (41), de telle sorte que l’émission du deuxième rayonnement infrarouge de modulation, celui-ci étant variable, génère une variation de température de la membrane absorbante (21) se traduisant par une formation d’une différence de potentiels électriques entre les électrodes (26, 28).
- 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel l’électrode inférieure (26) est au contact d’une face inférieure (22i) du matériau pyroélectrique (22) orientée vers le substrat (10) et est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent vis-à-vis du deuxième rayonnement infrarouge de modulation, et dans lequel l’électrode supérieure (28) est au contact d’une face supérieure (22s) du matériau pyroélectrique (22) opposée à la face inférieure (22i) et est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent vis-à-vis du premier rayonnement infrarouge à détecter.
- 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel l’électrode inférieure (26) est réalisée en un matériau au moins partiellement absorbant vis-à-vis du deuxième rayonnement infrarouge de modulation.
- 4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la piste résistive (41) repose sur le substrat (10).
- 5. Dispositif (1) selon Tune quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le capteur infrarouge (20) comporte un premier circuit électronique (30) de commande et de lecture apte à mesurer un courant électrique correspondant à la différence de potentiels électriques formée aux électrodes (26, 28).
- 6. Dispositif (1) selon la revendication 5, dans lequel le premier circuit électronique (30) comporte des premières portions (31) de ligne métallique, auxquels sont en contact des piliers d’ancrage (23) assurant la suspension de la membrane absorbante (21) au-dessus du substrat (10).
- 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, dans lequel les premières portions (31) et la piste résistive (41) sont coplanaires.
- 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, dans lequel les premières portions (31) et la piste résistive (41) sont séparées mutuellement par une couche diélectrique minérale (11), et dans lequel une couche de protection (12) recouvre continûment la couche diélectrique minérale (11).
- 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, dans lequel la couche de protection (12) recouvre continûment la piste résistive (41), et est réalisée en un matériau au moins partiellement transparent au deuxième rayonnement de modulation.
- 10. Dispositif (1) selon Tune quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le matériau pyroélectrique (22) comprend un polymère choisi parmi le groupe comprenant le polyfluorure de vinylidène, le poly(fluorure de vinylidène - trifluoroéthylène), le poly(fluoro de vinylidène - tétrafluoroéthylène) et un mélange d’au moins deux de ces polymères.
- 11. Procédé de fabrication d’un dispositif (1) de détection d’un premier rayonnement infrarouge selon Tune quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : - fournir un substrat (10) ; - réaliser une piste résistive (41) d’un émetteur infrarouge (40) apte à émettre le deuxième rayonnement infrarouge de modulation, connectée à un circuit électronique (50) de commande adapté à faire circuler un signal électrique variable dans la piste résistive (41) ; - réaliser au moins un capteur infrarouge (20) disposé sur le substrat, comportant une membrane absorbante (21) apte à absorber le premier rayonnement infrarouge à détecter et un deuxième rayonnement infrarouge dit de modulation, suspendue au- dessus du substrat (10), comportant une électrode inférieure (26), une électrode supérieure (28), et un matériau pyroélectrique (22) directement interposé entre ces électrodes (26, 28), la piste résistive (41) étant située entre le substrat (10) et la membrane absorbante (21).
- 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, le substrat (10) comportant au moins une couche diélectrique (11) dite inter-métal en un matériau minéral, dans lequel l’étape de réalisation du capteur infrarouge (20) comporte un dépôt d’une couche sacrificielle (14) en un matériau minéral de manière à recouvrir le substrat (10).
- 13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, dans lequel l’étape de réalisation du capteur infrarouge (20) comporte un dépôt d’une couche de protection (12) recouvrant la couche diélectrique (11) inter-métal, et une suppression de la couche sacrificielle (14) minérale par attaque chimique à l’acide fluorhydrique.
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