WO2012038524A1 - Bolometre a detection frequentielle - Google Patents
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Definitions
- the bolometer according to the present invention may comprise an optical reflector, the latter being disposed either on a second face of the moving mass opposite to the first face intended to receive the optical flux, the mobile mass then forming a cavity resonant optical, or on the support facing a second face of the moving mass opposite the first face for receiving the optical flux, so as to form an optical resonant cavity between the optical reflector and the second face of the moving mass.
- Forming the first and / or second layer of conductive or semi ⁇ conductor is obtained for example by epitaxial growth.
- a step of deposition and etching of the anti-reflective layer may take place prior to the deposition of the resin.
- the actuating means are, in the example shown, of the electrostatic type and comprise one or more actuating electrodes 12.
- the mobile mass is for example made of semiconductor material, such as amorphous silicon,
- This layer may be a metal, for example TiN, a semiconductor, for example Ge) or a dielectric, for example SiN or any oxide-based material or any other material having a very different coefficient of expansion. of that of the material constituting the mobile mass 2.
- a metal for example TiN, a semiconductor, for example Ge
- a dielectric for example SiN or any oxide-based material or any other material having a very different coefficient of expansion. of that of the material constituting the mobile mass 2.
- the beam 306 comprises a right main beam 306.1 and a transverse secondary beam 306.2 on the side of the anchor pad 10, to which the main beam is connected.
- the transverse beam 306.2 is connected to the anchoring studs 10 by its two axial ends.
- Each bolometer is excited by an alternating electric signal.
- a single actuating wire can be used to simultaneously send the NxM actuation signals to the NxM bolometers.
- each excitation signal is at the natural frequency of a bolometer of the matrix. It is sufficient for two consecutive frequencies to be spaced apart sufficiently to avoid spectrum overlap, typically separated by / /,, where réelle is the resonant frequency of the bolth bolometer.
- FIG. 10 shows an example of a bolometer device in the form of a matrix implementing the addressing mode described above with self-oscillation of the bolometers.
- the matrix has N rows and M columns.
- Each bolometer is oscillated in a self-oscillating closed loop comprising an amplifier 106 for compensating the signal losses and a set of phase shifters 108 which makes it possible to have a zero input / output phase shift for each self-oscillation loop corresponding to each bolometer.
- this amplifier is common to all bolometers.
- a pre-amplification and multiplexing system 110 is used to send actuation signals to the wires 102, and a pre-amplification and demultiplexing system 112 is used to separate all the detection signals.
- the bolometer according to the present invention may advantageously be made in surface technology, but other methods may be used, such as Bulk technologies, such as deep etching or KOH.
- the layer 22 has for example a thickness of 2.5 ⁇ corresponding to the length ⁇ / 4 for an optical beam in the range 8 to 14 ⁇ .
- a layer 22 of about 900 nm.
- etching lithography in the layer 28 to the layer 24, to form a window 29 to allow ⁇ -Si epitaxy on the layer 24, as shown in Figure 7D.
- a layer 30 of oc-Si is then deposited as can be seen in FIGS. 7E and 7E ', for example to a thickness of approximately 1 ⁇ .
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Abstract
Bolomètre (2) comportant au moins un microsystème ou nanosystème électromécanique, ledit microsystème ou nanosystème comportant un support (8) et une masse mobile (4) suspendue par des poutres (6) au dessus du support (8), ladite masse mobile formant un absorbeur d'un flux optique (F), des électrodes d'actionnement (12) destinées à mettre en vibration la masse mobile (4) et disposées latéralement par rapport à la masse mobile et des électrodes de détection (14) de la variation de la fréquence de vibration de ladite masse mobile (4) disposées latéralement par rapport à la mase mobile (4).
Description
BOLOMETRE A DETECTION FREQUENTIELLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un bolomètre à détection fréquentielle mettant en œuvre au moins un oscillateur MEMS ou NEMS .
On entend par bolomètre à détection, toute structure de détection mesurant un flux de particules, en particulier optique, en mode continu ou impulsionnel .
Un microbolomètre peut être vu comme un thermomètre sensible à toute élévation de température provoquée par un flux optique émis dans l'infrarouge, typiquement dans une gamme de longueur d'onde 3-5 μπι ou 8-14 μηι.
Un microbolomètre de l'état de la technique est constitué d'une thermistance dont la résistance électrique varie en fonction de l'élévation de température provoquée par le flux optique à mesurer. Un tel bolomètre est par exemple décrit dans le document "MEMS-based Uncooled Infrared Bolometer Arrays - A Review", F. Niklaus, C. Vieider, H. Jakobsen, MEMS/MOEMS Technologies and Applications III, Proceeding of spie Vol. 6836D, 68360D (2007).
Les bolomètres à température ambiante sont par exemple utilisés dans les systèmes de vision nocturne, dans la thermographie, dans le domaine de la sécurité et de la surveillance, par exemple dans des capteurs d'intrusion.
Les bolomètres de l'état de la technique sont donc des structures fixes, résistives électriquement, dont la valeur de la résistance change avec la variation de température due au flux optique.
Par exemple, les micro-thermistances sont structurées dans différents matériaux comme le silicium amorphe (a-Si), ou à base de semi conducteurs amorphes (a-Si :H, a-Ge, a-Ge :H, a-Sii-xGex :H), ou des oxydes de vanadium (Vox) .
La résolution thermique de tel capteur est fixée par différentes sources de bruits qui sont :
- le bruit photonique (lié à la variation aléatoire de la puissance optique émise par 1' environnement) ,
- le bruit phononique (lié à la fluctuation thermique de l'environnent),
- le bruit blanc de Johnson de la thermistance,
- le bruit en 1/f de la thermistance,
- le bruit de l'électronique de lecture.
Il apparaît un auto-échauffement provoqué par la polarisation des dites thermistances.
Ce phénomène augmente le bruit global de la thermistance (bruit blanc de Johnson et bruit en 1/f) en modifiant l'impédance dynamique et en augmentant la température locale.
Par conséquent un but de la présente invention est d'offrir un bolomètre ne présentant pas de bruit de Johnson et en 1/f et évitant le problème d' auto-échauffement décrit ci-dessus.
EXPOSÉ DE L ' INVENTION
Le but précédemment est atteint par un bolomètre mettant en œuvre au moins une micro ou nanostructure électromécanique, laquelle est mise en vibration à sa fréquence de résonance. La variation de fréquence de vibration due à 1 ' échauffement du flux optique permet de déterminer la température de l'environnement dans lequel se trouve la structure. La micro ou nanostructure électromécanique comporte une masse se déformant dans son plan, ce qui évite une modification de l'angle d'incidence du flux optique sur la masse mobile.
Le bolomètre selon l'invention n'utilise donc plus de résistances électriques mais une variation de fréquence de vibration, la masse mobile de la structure MEMS ou NEMS forme 1 ' absorbeur du bolomètre.
De manière particulièrement avantageuse, la variation de la fréquence de vibration est détectée par variation capacitif. Les bruits en 1/f et de Johnson sont ainsi évités.
Le phénomène d' auto-échauffement dû à la polarisation de la thermistance est donc supprimé et l'augmentation du bruit global en résultant également.
La présente invention a alors pour objet un bolomètre comportant au moins un microsystème ou nanosystème électromécanique, ledit microsystème ou nanosystème comportant un support et une masse mobile suspendue par des moyens de suspension au dessus du support, ladite masse mobile formant un absorbeur d'un flux optique, des moyens d ' actionnement destinés à mettre en vibration, à sa fréquence de résonance, la
masse mobile, selon un mode propre de déformation de la masse dans un plan moyen de celle-ci, ledit plan moyen étant sensiblement fixe par rapport au substrat, et des moyens de détection de la variation de la fréquence de vibration de ladite masse mobile.
Le plan moyen de la masse est dit sensiblement fixe par rapport au substrat, car la masse se déforme principalement dans son plan sans pivoter de manière sensible autour de l'axe ou des axes définis par les moyens de suspension.
La masse mobile est de préférence en forme de plaque, le plan moyen de la masse mobile étant le plan de la plaque. Dans la présente demande, on entend par "plaque", un élément s ' étendant principalement selon un plan et ayant une épaisseur réduite. Il peut s'agir par exemple d'une plaque rectangulaire ou d'un disque .
Selon un mode de réalisation, les moyens d ' actionnement sont de type électrostatique et comportent au moins une électrode d ' actionnement sur le support disposée latéralement par rapport à la masse mobile .
Selon un autre mode de réalisation, les moyens de détection sont de type capacitif et comportent au moins une électrode de détection sur le support disposée latéralement par rapport à la masse mobile .
Les moyens de suspension peuvent comporter au moins deux poutres disposées selon des nœuds de vibration, ou au moins quatre poutres disposées selon des ventres de vibration.
De préférence, les poutres présentent une épaisseur et une largeur très faibles par rapport à l'épaisseur de la masse mobile. Par exemple, l'épaisseur des poutres est 10 fois plus faible que l'épaisseur de la masse. La largeur de la poutre est par exemple sensiblement égale à son épaisseur.
Le bolomètre selon l'invention peut comporter des moyens anti-réfléchissants sur une première face de la masse mobile destinée à recevoir le flux optique.
Le bolomètre selon l'invention peut également comporter une couche en un matériau présentant un coefficient de dilatation différent de celui de la masse mobile sur une première face de la masse mobile destinée à recevoir le flux optique. Par exemple, le coefficient de dilatation de la couche peut être au moins 2 fois plus grand ou plus petit que celui du matériau de la masse mobile.
De préférence, les moyens anti- réfléchissants sont formés par une couche de matériau, ladite couche formant également la couche de matériau présentant un coefficient de dilatation différent de celui de la masse mobile.
Selon une caractéristique additionnelle, le bolomètre selon la présente invention peut comporter un réflecteur optique, celui-ci étant disposé soit sur une deuxième face de la masse mobile opposée à la première face destinée à recevoir le flux optique, la masse mobile formant alors une cavité résonante optique, soit sur le support en regard d'une deuxième face de la masse mobile opposée à la première face destinée à
recevoir le flux optique, de sorte à former une cavité résonante optique entre le réflecteur optique et la deuxième face de la masse mobile.
Par exemple, la masse mobile a sensiblement la forme d'un disque, les électrodes d ' actionnement et/ou les électrodes de détection ayant une forme incurvée correspondant au contour du disque.
La masse mobile et/ou les moyens de suspension sont de préférence en semi-conducteur, de manière très avantageuse cristallin, par exemple en silicium ou SiGe.
La présente invention a également pour objet un ensemble de bolomètres selon la présente invention disposés en matrice.
La présente invention a également pour objet un ensemble de mesure de température comportant un ou plusieurs bolomètre ( s ) selon la présente invention et un circuit électronique de commande destiné à assurer l'alimentation du ou des bolomètre ( s ) , à contrôler la mise en auto-oscillation de la ou des masse (s) mobile (s) par les moyens d' actionnement, et à mesurer la variation de fréquence de vibration de la ou des masse (s) mobile (s) par les moyens de détection.
Le circuit électronique de commande met avantageusement en vibration la masse mobile ou l'ensemble des masses mobiles selon des modes de volume, tels le mode « wine-glas », extensionnel ou de Lamé .
L'ensemble de mesure selon la présente invention peut comporter également un dispositif
optique de focalisation disposé au dessus d'au moins un bolomètre de sorte à s'interposer entre le flux optique et la première face de la masse mobile.
L'ensemble de mesure peut comporter un dispositif optique de focalisation pour chaque bolomètre ou un dispositif optique de focalisation pour l'ensemble des bolomètres.
Par exemple, le circuit électronique de commande est assemblé avec le bolomètre, le circuit de commande et le bolomètre étant superposés.
L'ensemble de mesure selon la présente invention comportant plusieurs bolomètres comprend avantageusement au moins un fil d ' actionnement pour envoyer à plusieurs bolomètres simultanément les signaux d ' actionnement de fréquences distinctes et au moins un fil de détection pour collecter les signaux de détection de fréquences distinctes de plusieurs bolomètres. Il y a alors multiplexage des signaux d ' actionnement et démultiplexage des signaux de détection.
Les connexions électriques entre le bolomètre et le circuit électronique sont par exemple réalisées par des vias traversants.
L'assemblage du bolomètre et du circuit électronique peut être réalisé par collage.
En variante, l'assemblage et la connexion du bolomètre et du circuit électronique sont réalisés par hybridation.
La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'au moins un bolomètre selon la présente invention, dans lequel ledit au moins
bolometre est réalise en technologie de surface, les moyens de suspension et la masse mobile étant réalisés respectivement dans une première et une deuxième couches de matériaux conducteurs ou semi-conducteurs différentes .
Dans un exemple, le procédé peut comporter les étapes :
- dépôt d'une couche d'oxyde sur un substrat,
- formation d'une première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- gravure de ladite première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- dépôt d'une deuxième couche d'oxyde sur la première couche de matériau conducteur ou semi¬ conducteur gravée,
- planarisation de la deuxième couche d'oxyde avec arrêt sur la première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- dépôt d'une troisième couche d'oxyde,
- gravure de ladite troisième couche d'oxyde pour découvrir la première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur au niveau d'une zone destinée à être située entre les moyens de suspension,
- formation d'une deuxième couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- gravure de la deuxième couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- gravure de la deuxième couche d'oxyde,
- libération de la masse mobile par gravure de la première couche d'oxyde.
La formation de la première et/ou de la deuxième couche en matériau conducteur ou semi¬ conducteur est obtenue par exemple par croissance épitaxiale .
La première couche en matériau conducteur ou semi-conducteur peut présenter une épaisseur très inférieure de celle de la deuxième couche en matériau conducteur ou semi-conducteur.
La gravure de la première couche d'oxyde est obtenue par exemple gravure ionique réactive profonde .
Le procédé de réalisation selon la présente invention comporte par exemple l'étape de dépôt et de gravure de la couche anti-réfléchissante après la formation de la deuxième couche en matériau conducteur ou semi-conducteur.
Dans un autre exemple de procédé de réalisation d'au moins un bolomètre selon la présente invention, ledit au moins bolomètre est réalisé en technologie de surface, les moyens de suspension et la masse mobile étant réalisés à partir d'une couche de matériau conducteur ou semi-conducteur. Le procédé peut alors comporter les étapes suivantes de :
- dépôt d'une couche d'oxyde sur un substrat,
- formation de ladite couche de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- gravure de ladite couche de matériau conducteur ou semi-conducteur pour délimiter transversalement les moyens de suspension,
- dépôt d'une couche de résine et de lithographie pour délimiter la masse mobile par rapport aux moyens de suspension,
- amincissement des zones comportant les moyens de suspension,
- libération de la masse mobile par gravure de la couche d'oxyde.
Les moyens de suspension et la masse mobile peuvent être réalisés à partir d'une couche de matériau conducteur ou semi-conducteur ou dans une première et une deuxième couches de matériaux conducteurs ou semi¬ conducteurs différentes, la gravure de la ou des couche (s) en matériau conducteur ou semi-conducteur peut alors être une gravure ionique réactive profonde.
L'étape d'amincissement est réalisée par exemple par gravure ionique réactive ou par gravure ionique réactive profonde.
Une étape de dépôt et de gravure de la couche anti-réfléchissante peut avoir lieu préalablement au dépôt de la résine.
La libération de la masse mobile est réalisée par exemple par gravure à l'acide fluorhydrique humide ou vapeur.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus d'un exemple de réalisation d'un bolomètre selon la présente invention,
- la figure 2 est une vue en perspective partielle du bolomètre de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en perspective partielle d'une variante du bolomètre de la figure 2,
- les figures 4A à 4C sont des représentations schématiques de différents modes de déformation de la partie mobile du bolomètre pouvant être mis en œuvre par l'invention,
- les figures 5A à 5C sont des vues en perspective de différents exemples de disposition des poutres de suspension par rapport à la partie mobile du bolomètre selon l'invention,
- les figures 6A à 6C sont des vues de dessus de différents exemples de réalisation des poutres de suspension,
- les figures 7A, 7D à 7H et 7A'à 7C, 7E', 7G' et 7H'sont des représentations schématiques des différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'un bolomètre selon la présente invention, les représentations étant respectivement le long des plans A-A et B-B de la figure 1,
- les figures 8A, 8C à 8F et 8A' , 8B' et 8D' à 8F' sont des représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé de réalisation selon un autre exemple d'un bolomètre, les représentations étant respectivement le long des plans A-A et B-B de la figure 1,
- la figure 9 est une vue de côté d'un assemblage d'un bolomètre selon l'invention et de son circuit électronique de commande,
- la figure 10 est une représentation schématique d'une matrice de bolomètres multiplexées selon la présente invention,
- les figures 11A et 11B sont des représentations schématiques d'exemples d'assemblage entre le bolomètre et le circuit électronique associé par hybridation,
- la figure 12 est une vue de dessus d'un exemple de réalisation d'un bolomètre selon la présente invention à détection capacitive.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur les figures 1, 2 et 3, on peut voir un exemple de réalisation d'un bolomètre 2 selon la présente invention.
Le bolomètre 2 comporte une partie suspendue 4, formant au moins une masse mobile, au moyen de poutres 6, lesdites poutres étant ancrées sur un substrat 8 visible sur les figures 2 et 3, au moyen de plots d'ancrage 10, le substrat 8 et les plots 10 formant le support fixe du bolomètre. Le bolomètre comporte également des moyens pour mettre en vibration à sa fréquence de résonance la masse mobile 4 et des moyens pour détecter la variation de la fréquence de vibration de la masse mobile 4 en fonction de la température.
Les moyens d ' actionnement sont, dans l'exemple représenté, de type électrostatique et comportent une ou plusieurs électrodes d ' actionnement 12.
Dans ce mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens de détection sont de type
capacitif et comportent une ou plusieurs électrodes de détection 14. Nous verrons par la suite que ce mode de détection n'est en aucun cas limitatif.
Nous allons décrire le principe général de détection mis en œuvre par le bolomètre selon la présente invention.
La masse mobile forme un absorbeur de flux optique. Dans la suite de la description, on emploiera indifféremment "masse mobile", "masse vibrante" ou "absorbeur" pour désigner la masse mobile 4.
La masse mobile 4 est mise en vibration à sa fréquence de résonance. Une électronique à boucle fermée, par exemple de type boucle auto-oscillante ou PLL (Boucle à verrouillage de phase ou "Phase-Lock Loop" en anglais), permet de maintenir en vibration à une amplitude contrôlée la masse mobile 4 et de connaître en continu sa fréquence d'oscillation mécanique. Cette fréquence de résonance est sensible aux variations de température de son environnement selon une loi qui dépend du matériau dans lequel est structuré le bolomètre. A faible variation de température, il est possible de décrire le phénomène par une loi linéaire.
Le comportement de la fréquence par rapport à la température est alors totalement caractérisé par le coefficient thermique aT :
(I)
T f dT
où f est la fréquence de résonance du système.
La réponse S qui est le rapport fréquence/température est finalement donnée par l'équation suivante,
¾ = -fe. (II)
G
où G est la conductance thermique des poutres de suspension .
Par conséquent, toute mesure de la variation de fréquence permet d'avoir une information sur la température de l'environnement.
Nous allons maintenant décrire en détail le bolomètre selon la présente invention.
La masse mobile 4 forme 1 ' absorbeur du bolomètre et sera soumis aux flux optiques infrarouges.
Elle présente, dans l'exemple représenté, sensiblement la forme d'un disque, cependant cette forme n'est en aucun cas limitative, elle peut avoir une forme de disque ou de quadrilatère par exemple un carré telle que visible sur les figures 4A à 4C. De manière générale, la masse est une plaque qui présente une épaisseur faible par rapport à sa longueur et sa largeur dans le cas d'une plaque de forme rectangulaire, ou une épaisseur faible par rapport à son diamètre dans le cas d'une plaque en forme de disque. Dans la présente description, on entend par "plaque" tout élément ayant une section importante par rapport à son épaisseur.
La masse mobile est par exemple réalisée en matériau semi-conducteur, tel que du silicium amorphe,
De manière très avantageuse elle est réalisée en semi-conducteur cristallin.
En général le bolomètre est associé à un système de focalisation du flux optique symbolisé par des flèches F, les dimensions de la masse mobile 4 sont alors choisies de sorte que sa surface soit au moins égale à la surface de la tâche de diffraction optique induit par le système de focalisation, la masse mobile ou absorbeur étant situé dans le plan focal du système de focalisation.
Par exemple, les dimensions de la masse sont de 20x20 μπι, dans le cas où la masse mobile est une plaque carrée. De préférence, dans le cas d'une masse en forme de disque, son diamètre est d'au moins 17 μπι.
Dans l'exemple représenté, les poutres 6 sont au nombre de deux, mais on pourrait envisager d'avoir quatre poutres placées aux nœuds de vibration.
En outre, les poutres de suspension 6 sont, dans l'exemple représenté, des poudres droites diamétralement opposées et orientées sensiblement orthogonalement par rapport à la direction de déformation de la masse mobile.
Selon une caractéristique de la présente invention, la masse mobile 4 vibre dans son plan moyen, qui est sensiblement parallèle au substrat. Le plan moyen de la masse est sensiblement fixe par rapport au substrat. En effet, la masse se déforme principalement dans son plan sans pivoter de manière sensible autour de l'axe défini par les poutres de suspension 6.
La masse mobile 4 vibre selon des modes de volumes, par exemple selon un mode "wine-glass" ou un mode extensionnel dans le cas d'un disque, représentés
sur les figures 4A et 4C respectivement, et selon un mode de Lamé représenté sur la figure 4C ou extensionnel dans le cas d'une plaque. Ces modes de volumes permettent d'atteindre des hautes fréquences (typiquement 100 MHz à quelques GHz) tout en préservant des hauts facteurs de qualité Q (Q=10000 à 100000) . La détection à haute fréquence alliée à un fort facteur de qualité permet de limiter la gigue en fréquence et d'obtenir un oscillateur stable. Dans ces conditions, la résolution thermique ne sera donc pas limitée par la qualité de l'oscillateur mécanique. Ces modes permettent de réaliser des systèmes extrêmement robustes, notamment par rapport à une mode de torsion de la masse. Lors de son déplacement, la masse reste perpendiculaire à l'axe optique.
Selon la présente invention, les électrodes d ' actionnement 12 sont disposées latéralement par rapport à la masse mobile 4. Les électrodes d ' actionnement 12 sont destinées à mettre en vibration la masse mobile 4 à sa fréquence de résonance en générant des forces électrostatiques.
Les électrodes de détection 14 sont destinées à détecter une variation de fréquence de vibration de la masse mobile due à une variation de température comme nous ne verrons par la suite, cette détection étant de type capacitive, les capacités étant formées entre chaque électrode de détection 14 et la portion du contour de la masse mobile 4 en regard. La variation de capacité est due à la variation de la distance séparant chaque électrode de détection et la portion du contour de la masse mobile 4.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le bolomètre comporte deux électrodes d ' actionnement 12 côte-à-côte et deux électrodes de détection 14 côte-à-côte disposées à l'opposé des électrodes d ' actionnement 12 par rapport aux poutres 6. Les deux électrodes de détection permettent de réaliser une mesure différentielle. En effet lorsque la capacité entre la masse et l'une des électrodes augmente, la seconde capacité formée par la masse et la seconde électrode diminue. Ainsi, en réalisant une soustraction des deux signaux le fond continu est supprimé alors que le signal utile est multiplié par 2. Cette méthode permet de lire plus facilement le signal, de faciliter la détection du pic de résonance et de supprimer l'impact des dérives du fond continu sur le signal.
Le bolomètre pourrait comporter une seule électrode d' actionnement et une seule électrode de détection ou encore comporter au moins une électrode permettant simultanément la détection et 1 ' actionnement sans sortir du cadre de la présente invention.
Dans l'exemple représenté, les électrodes 12, 14 présentent une face concave 12.1, 14.1 correspondant au contour de la masse mobile 4.
Le bolomètre est associé à un circuit électronique et à une alimentation électrique pour commander les électrodes d ' actionnement 12 de sorte à mettre la masse mobile 4 en vibration, et recevoir les informations des électrodes de détection 14.
La distance séparant les électrodes 12, 14 et le contour en regard de la masse mobile 4 est de préférence comprise entre 50 nm et 200 nm, de manière
encore préférée de l'ordre de 100 nm. Comme décrit précédemment, la détection de la variation de fréquence de vibration est obtenue en mesurant la variation de capacité induite entre la masse mobile 2 et une ou plusieurs électrodes de détection 14. Comme expliquer ci-dessus, la mesure peut être directe ou différentielle .
Le bolomètre selon la présente invention, en particulier la localisation de la vibration dans un plan parallèle aux poutres, présente l'avantage de ne pas modifier l'orientation de 1 ' absorbeur 4 par rapport au flux optique F et donc de ne pas modifier l'angle d'incidence du flux optique avec l' absorbeur.
Nous allons maintenant décrire le bolomètre représenté sur la figure 2 sur laquelle les électrodes 12, 14 ne sont pas représentées.
Dans cet exemple, le bolomètre comporte un réflecteur optique 16 déposé sur le substrat en face arrière de la masse mobile 4 formant avec celle-ci une cavité résonante optique 17. Le réflecteur optique 16 est par exemple une couche de métal. La distance séparant le réflecteur optique 16 et la face en regard de la masse mobile 4 est choisie de sorte à former une cavité optique résonante de type Fabry-Pérot ; cette distance est égale à λ/4, λ étant la longueur d'onde du flux optique à mesurer.
De manière avantageuse, le bolomètre peut comporter des moyens anti-réflecteurs 19 formés pas des couches de quelques microns déposées sur la masse mobile sur sa face opposée à celle en regard du substrat. Ces couches permettent faire une « adaptation
d' impédance » avec le milieu ambiant et optimisent le taux de transmission du flux optique dans la masse. Il s'agit par exemple d'une couche métallique, par exemple du TiN, Ti/TiN en couche mince typiquement quelques nanomètres, ou d'une couche en matériau diélectrique comme le SiN, S1O2 par exemple ou de multi-couche optique adaptée à la gamme de longueur d'onde visée.
De manière également avantageuse, une couche d'un matériau présentant un coefficient de dilatation différent de celui de la masse mobile est déposée sur la masse mobile 4, ce qui permet d'optimiser le coefficient thermique τ et ainsi de moduler la fréquence en fonction de la température.
Cette couche peut être un métal, par exemple du TiN, un semi-conducteur, par exemple du Ge) ou un diélectrique, par exemple du SiN ou tout matériau à base d'oxyde ou encore tout autre matériau présentant un coefficient de dilatation très différent de celui du matériau constituant la masse mobile 2.
Cette couche est choisie de sorte à ne pas amoindrir le taux de transmission du flux optique dans la masse. Avantageusement, elle pourrait aussi former la couche anti-réfléchissante. De manière non limitative, elle peut alors être formée par exemple par un matériau multicouche optique adapté à la fonction d ' anti-réflecteur .
A titre d'exemple, une couche de Ti/TiN permet d'optimiser la transmission du flux optique et possède un coefficient de dilatation de l'ordre de 10~5 IC1 qui est environ 5 fois plus grand que celui du silicium qui est de 2.6 10~6 Κ 1.
Les poutres de suspension 6 présentent de manière particulièrement avantageuse une épaisseur faible par rapport à celle de la masse, cette épaisseur est au moins dix fois plus faible que celle de la masse 4 , et de ce fait elle présente également une section transversale réduite par rapport à la masse mobile 4 .
Elles peuvent présenter une section nanométrique, par exemple 50 nm χ 50 nm dans le cas d'une poutre à section carrée, tandis que l'absorbeur peut présenter une épaisseur de 500 nm.
La faible épaisseur des poutres par rapport à celle de la masse permet de minimiser la température minimale mesurable, désignée « NETD ». Celle-ci est proportionnelle au bruit du capteur (bruit thermomécanique, bruit blanc de Johnson...) et inversement proportionnel à la ré onse thermique (R) :
SM est le bruit exprimé en fréquence du résonateur. Il exprime sa stabilité fréquentielle .
Pour minimiser la NETD, on cherche donc à obtenir une réponse importante. Cette réponse est elle- même inversement proportionnelle à la conductance thermique G.
coo est la fréquence de résonance du micro résonateur - j est le coefficient donnant la variation de fréquence en fonction de la température, η est relié le taux d'absorption.
On cherche donc à réduire G.
En réalisant des poutres de faible épaisseur par rapport à celle de la masse, les poutres sont très résistives du point de vue thermique, ce qui permet de minimiser la conductance thermique G. en outre, la puissance thermique dissipée par celles-ci est réduite.
On obtient, de manière particulièrement simple et efficace, un découplage thermique très avantageux entre 1 ' absorbeur 4 et le support. Les poutres de suspension 6 sont en effet des zones de diffusion de la chaleur.
La puissance dissipée par les poutres est déterminée par leur conductance thermique G,
δΡ = GST (III)
où δΡ est la puissance dissipée et δτ la différence de température entre la source froide (le support) et la source chaude (1' absorbeur) .
Grâce aux poutres à section réduite, G est minimisée, ce qui réduit les pertes thermiques et le bruit thermique associé appelé bruit de phonons. G sera d'autant plus réduite que la longueur des suspensions sera grande, les poutres étant dimensionnées de sorte à assurer la tenue mécanique du bolomètre.
En reprenant la relation II, on constate qu'en minimisant G on maximise la réponse i¾\
En outre, il est avantageux de contrôler la constante thermique xth donnée par le rapport C/G, C étant capacité thermique de l' absorbeur, qui correspond au temps mis par le bolomètre pour atteindre son état d'équilibre en réponse à un Dirac de puissance optique, afin d'avoir une constante thermique rth faible.
On utilise en outre de préférence des matériaux qui garantissent une très bonne stabilité en fréquence (soit composant résonant peu bruité) . Pour cela, on utilise avantageusement des matériaux cristallins, Si, Ge ou tout autre semi-conducteur.
A titre d'exemple, la masse est par exemple en TiN, et a une épaisseur plus grande de l'ordre de 100 nm à 500 nm. Les poutres de suspensions ont une section de l'ordre de 10 fois plus faible en épaisseur pour une largeur de lOnm à 100 nm.
A titre d'exemple, on pourra réaliser une masse de 500nm d'épaisseur et une poutre d'environ 50 nm.
Sur les figures 2 et 3, les poutres sont droites. En variante, sur les figures 6A à 6C on peut voir d'autres formes de poutre.
Sur la figure 6A, la poutre 106 présente un profil en créneau.
Sur la figure 6B, la poutre 206 présente deux portions d'extrémité 206.1, 206.2 droites et une portion centrale 206.3 au niveau de laquelle la poutre 206 est dédoublée de sorte à former un rectangle évidé.
Sur la figure 6C, la poutre 306 comporte une poutre principale droite 306.1 et une poutre secondaire transversale 306.2 du côté du plot d'ancrage 10, à laquelle la poutre principale est connectée. La poutre transversale 306.2 est connectée aux plots d'ancrage 10 par ses deux extrémités axiales.
En choisissant des formes de poutre permettant de relaxer les contraintes et de favoriser le mouvement en volume de la masse mobile 4, il est
possible d'optimiser le facteur de qualité du bolomètre. Les trois variantes, représentées sur les figures 6A à 6C, autorisent en effet un léger déplacement dans l'axe des bras.
Sur la figure 3, on peut voir une variante du bolomètre de la figure 2, dans laquelle le réflecteur optique 16' est disposé sur la face inférieure de 1 ' absorbeur 4, c'est alors 1 ' absorbeur 4 lui-même qui forme la cavité résonante 17'. L'épaisseur de 1 ' absorbeur 4 est alors choisie de sorte à former cette cavité résonante 17', son épaisseur e est de 1 ' ordre de λ/4.
Dans les exemples de réalisation des figures 2 et 3, les poutres sont situées à une extrémité inférieure de la masse mobile 4, cependant cette disposition n'est en aucun cas limitative. Sur les figures 5A à 5C, on peut voir différentes dispositions des poutres par rapport à la masse mobile.
Sur la figure 5A, les poutres 6 sont situées au niveau de l'extrémité inférieure de la masse mobile 4. Sur la figure 5B, les poutres 6 sont situées dans un plan moyen de la masse mobile, le bolomètre présente alors avantageusement une structure parfaitement symétrique. Sur la figure 5C, elles sont situées au niveau de l'extrémité supérieure de la masse mobile .
Le bolomètre selon la présente invention offre des facteurs de qualité élevés avec des fréquences de résonances de l'ordre de 50 MHz à 100 MHz ce qui permet d'optimiser la réponse du bolomètre.
En outre, les deux exemples de réalisation représentés sur les figures 2 et 3 présentent des performances mécaniques comparables.
Dans un mode de réalisation alternatif, on peut prévoir une détection de type piézorésistive en disposant les jauges piézorésistives selon les ventres de vibrations afin de profiter de la contrainte mécanique. La figure 12 montre un exemple de réalisation d'un tel bolomètre à détection piézorésistive.
Dans cet exemple, le bolomètre comporte quatre poutres de suspension 6 et quatre jauges de contraintes piézorésistives 40.1 à 40.4 disposées alternativement autour de la masse. Comme le montre les figures 4A à 4C, par exemples la figure 4A, les plaques se déforment et les flancs sont soient concaves soient convexes. Les jauges piézorésistives sont disposées ici au niveau des ventres de vibrations de la masse mobile, i.e. les jauges sont connectées à la masse mobile au niveau des centres des flancs de celle-ci. Les poutres de suspension 6 sont disposées au niveau des nœuds de vibrations de la masse mobile. Le bolomètre comporte comme dans le cas d'une détection capacitive, des électrodes d'excitation (non représentées) de la plaque mobile.
Les jauges 40 sont soit comprimées soit étirées en fonction du temps. Ces contraintes vont donc générer une variation de la résistance électrique des jauges en fonction du temps. Par exemple, en polarisant la jauge 40.1 à une tension de lecture (+Vb) et la jauge 40.2 suivante à la tension (-Vb) , il est possible
de récupérer un signal de sortie S soit sur une ou les deux jauges 40.3, 40.3 ou sur l'une des poutres de suspension 6. Le signal de sortie S est proportionnel à 2AR/R*Vb, R. étant la résistance de la auge. AR est quant lui proportionnel à la variation de contrainte ou à la déformation de la plaque. La configuration de la figure 12 permet une mesure différentielle.
De préférence, les jauges de contraintes présentent une faible longueur afin de minimiser leur résistance électrique.
En alternative, il est possible de n'avoir que quatre ou trois jauges de contraintes piézorésistives servant à la fois de moyens de suspension et de moyens de mesures et de détection.
Cette alternative offre une plus grande facilité dans la disposition des électrodes d'excitation. Dans le cas de trois jauges, le lieu une jauge est polarisée la tension -Vb l'autre à la tension +Vb et la troisième permet de récupérer le signal de sortie.
Il est également possible par exemple de prévoir des jauges et des moyens de suspension ou un seul moyen de suspension et une seule jauge. Il est aussi possible de ne garder que deux suspensions.
La figure 12 décrit une mesure différentielle mais il est possible de faire une mesure simple avec deux jauges subissant la même contrainte ou une seule jauge.
Dans une application particulièrement intéressante, on peut réaliser un dispositif comportant une pluralité de bolomètres disposés en matrice
comportant NxM bolomètres, comme représenté sur la figure 10, par exemple pour réaliser un dispositif d'imagerie infrarouge. La matrice de bolomètres est par exemple interfacée par une électronique de type CMOS, apte à mettre en auto-oscillation chaque absorbeur. La méthode de balayage de la matrice peut exploiter indifféremment le multiplexage temporel ou un multiplexage fréquentiel permettant une lecture directe de l'ensemble des bolomètres. Chaque fréquence code alors la position d'un bolomètre.
Chaque bolomètre est excité par un signal électrique alternatif. De manière avantageuse, un seul fil d' actionnement peut être utilisé pour envoyer simultanément les NxM signaux d ' actionnement aux NxM bolomètres. En effet, chaque signal d'excitation est à la fréquence propre d'un bolomètre de la matrice. Il suffit que deux fréquences consécutives soient écartées suffisamment pour éviter le recouvrement de spectre, typiquement séparées de fi/Q, fi étant la fréquence de résonance du ième bolomètre.
De même, un fil électrique dans lequel passent tous les signaux de détection est suffisant.
Un dispositif formé d'une pluralité de bolomètres comportant un ou plusieurs fils conducteurs d' actionnement, voire un fil par bolomètre et/ou un ou plusieurs fils conducteurs de détection, voire un fil par bolomètre ne sort pas du cadre de la présente invention .
On prévoit alors une électronique de multiplexage amont pour 1 ' actionnement et une électronique de démultiplexage aval pour la détection.
Cette réalisation permet de réduire le nombre de fils à utiliser, minimisant alors le rayonnement thermique induit par l'interconnexion.
Sur La figure 10, on peut voir un exemple de dispositif de bolomètres sous forme de matrice mettant en œuvre le mode d'adressage décrit ci-dessus avec mise en auto-oscillation des bolomètres. La matrice comporte N lignes et M colonnes.
Le dispositif comporte N fils d ' actionnement 102, verticaux dans l'exemple représenté, et M fils de détection 104, horizontaux dans l'exemple représenté. Un bolomètre se situe à une intersection d'un fil d ' actionnement 102 et d'un fil de détection 104, chaque bolomètre formant un pixel dans un dispositif de d'imagerie. Dans cet exemple, chaque fil d ' actionnement envoie les signaux d ' actionnement sur M bolomètres et chaque fil de détection collecte les signaux de détection sur N bolomètres.
Chaque bolomètre est mis en oscillation dans une boucle fermée auto-oscillante comprenant un amplificateur 106 pour compenser les pertes de signal et un ensemble de déphaseurs 108 qui permet d'avoir un déphasage entrée/sortie nul pour chaque boucle d'auto- oscillation correspondant à chaque bolomètre.
Dans l'exemple représenté cet amplificateur est commun à tous les bolomètres. En outre, un système de pré-amplification et de multiplexage 110 est utilisé pour envoyer dans les fils 102 des signaux d' actionnement, et un système de pré-amplification et de démultiplexage 112 est utilisé pour séparer tous les signaux de détection.
Le bolomètre selon la présente invention peut avantageusement être réalisé en technologie de surface, mais d'autres procédés peuvent être utilisés, tels que les technologies Bulk, comme la gravure profonde ou KOH.
Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de réalisation en technologie de surface d'un bolomètre selon la présente invention tel que représenté sur la figure 3.
Les figures 7A, 7D à 7H et 7A'à 7C, 7E',
7G' et 7H' représentent, de manière schématique, les éléments obtenus aux différentes étapes du procédé de réalisation. Les figures 7A, 7D à 7F sont des vues en coupe des éléments le long du plan A-A représenté sur la figure 1, et les figures 7A'à 7C, 7E', 7G' et 7H' sont des vues en coupe des éléments le long du plan B-B représenté sur la figure 1.
Ce premier procédé met en œuvre une épitaxie de semi-conducteur de préférence cristallin (Silicium Silicium ou SiGe exemple) , ce qui permet de réaliser les poutres 6 dans une première couche d'épaisseur faible, puis de réaliser la masse mobile 4 dans une deuxième couche d'épaisseur plus importante, épitaxiée sur la première couche.
Lors d'une première étape représentée sur les figures 7A et 7A' , on choisit un substrat 20, par exemple en silicium, sur lequel on dépose une couche d'oxyde 22, par exemple du S1O2, par exemple par oxydation thermique, ou oxyde PECVD. La couche 22 a par exemple une épaisseur de 2,5 μπι correspondant à la longueur λ/4 pour un faisceau optique dans la gamme 8 à
14μπι. Pour un faisceau optique dans une gamme de 2 à 5μπι, on prendra une couche 22 d'environ 900nm.
On réalise ensuite une couche par exemple de silicium amorphe, désigné par la suite α-Si, par exemple par épitaxie en pleine plaque. Cette couche 24 est relativement fine est servira à la réalisation des poutres 6. La couche 24 a par exemple une épaisseur comprise entre 50 nm et 100 nm.
Il est ensuite procédé à une lithographie puis une gravure de la couche 24 de oc-Si pour définir les poutres de suspension 6, et la première couche formant le masse mobile. La gravure est arrêtée sur la couche S 1O2 22. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 7B'.
Un dépôt d'une autre couche 26 d'oxyde, par exemple de S 1O2 (par exemple par procédé PECVD) , a lieu sur la couche 24 gravée. La couche 26 a par exemple une épaisseur de 400 nm.
On procède ensuite à une planarisation de cette couche 26 avec arrêt sur la couche 24 de oc-Si.
On effectue ensuite encore un autre dépôt d'oxyde 28, par exemple du S 1O2 , par exemple d'environ 0,4 μπι d'épaisseur. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 7C.
Dans une étape suivant, une lithographie par gravure, dans la couche 28 jusqu'à la couche 24, pour former une fenêtre 29 afin de permettre une épitaxie de oc-Si sur la couche 24, comme cela est représenté sur la figure 7D.
On dépose ensuite une couche 30 de oc-Si comme cela est visible sur les figures 7E et 7E', par exemple sur une épaisseur d'environ 1 μπι.
En variante, on pourrait envisager que les matériaux de la masse et des poutres soient différents, offrant par exemple des capacités thermiques différentes. On
Lors d'une étape suivante avantageuse, on dépose une couche 32 qui sera destinée à former la couche optique anti-réfléchissante, par exemple du Ti/TiN, puis on effectue une lithographie puis une gravure pour délimiter la portion anti-réflectrice, comme cela est visible sur la figure 7F.
Lors d'une étape suivante, on procède à une lithographie et à une gravure anisotrope de la couche 30, par exemple par gravure ionique réactive profonde (en anglais DRIE (Deep Reactive Ion Etching) ) pour former la structure résonante, avec arrêt sur la couche d'oxyde 28. L'élément ainsi obtenu est représenté sur les figures 7G et 7G'.
Enfin, lors d'une étape suivante, la masse mobile 4 est libérée, par exemple par gravure à l'acide fluorhydrique humide ou vapeur de la couche d'oxyde 28.
La structure finale est visible sur les figures 7H et 7H'. On peut alors voir la masse mobile 4, la poutre 6, la couche anti-réfléchissante 19 et la cavité résonante 17.
La couche réflectrice est par exemple réalisée en post-process sur le substrat portant l'électronique, celui-ci étant ensuite assemblé avec le substrat portant les bolomètres.
Nous allons maintenant décrire un autre exemple de procédé de réalisation selon la présente invention d'un bolomètre de la figure 3.
Sur les figures 8A, 8C à 8F et 8A' , 8B' et 8D' à 8F', représentent de manière schématique les éléments obtenus aux différentes étapes du deuxième exemple de procédé de réalisation. Les figures 8A, 8C à 8F sont des vues en coupe des éléments le long du plan A-A représenté sur la figure 1, et les figures 8A' , 8B' et 8D' à 8F' sont des vues en coupe des éléments le long du plan B-B représenté sur la figure 1.
Dans ce deuxième procédé, on réalise les poutres et la masse mobile non par dépôt d'une première couche de α-Si, mais par amincissement d'une couche de α-Si au niveau des poutres, formant simultanément les poutres 6 et la masse mobile 4.
Lors d'une première étape représentée sur les figures 8A et 8A' , on choisit un substrat 120, par exemple en silicium, sur lequel on dépose une couche d'oxyde 122, par exemple du S1O2, par exemple par oxydation thermique. L'épaisseur de cette couche peut être de l'ordre de 400 nm.
On réalise ensuite une couche 124 par exemple de silicium amorphe α-Si, par exemple par épitaxie en pleine plaque. Cette couche 124 est relativement épaisse et servira à la fois à la réalisation des poutres 6 et de la masse mobile 4.
Il est ensuite procédé à une lithographie puis une gravure de la couche 124 de α-Si, par exemple par DRIE. La gravure est arrêtée sur la couche S1O2.
L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8B'. Cette étape permet de réaliser, au cours de la même opération et dans une même épaisseur de matériau, d'une part la masse résonante 4, et d'autre part des poutres 6.
Des étapes de dépôt, de lithographie et de gravure de la couche anti-réflexion 126 sont ensuite réalisées. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8C.
Lors d'une étape suivante, on dépose une couche de résine 128 sur la couche 124 et la couche anti-réfléchissante 126, puis on effectue une lithographie sur cette couche 128, ce qui permet de délimiter les zones à amincir pour former les poutres 6. L'élément ainsi obtenu est représenté sur les figures 8D et 8D' .
Lors d'une étape suivante, les zones délimitées par la résine sont amincies, par exemple gravées par gravure par ions réactifs ("RIE : Reactive- Ion Etching" en anglais), DRIE. Puis la résine restante est supprimée. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figures 8E et 8E' .
Enfin, lors d'une étape suivante, la masse mobile est libérée par gravure par exemple à l'acide fluorhydrique humide ou vapeur de la couche d'oxyde 28.
La structure finale est visible sur les figures 8F et 8F' . On peut alors voir la masse mobile 4, les poutres 6, la couche anti-réfléchissante 19, la cavité résonante 17.
La couche réflectrice est par exemple réalisée en post-process sur le substrat portant
l'électronique, celui-ci étant ensuite assemblé avec le substrat portant les bolomètres.
Le bolomètre obtenu par l'un des procédés décrits ou un autre est connecté au circuit électronique 31 de commande du bolomètre, ce circuit assure l'alimentation du bolomètre, contrôle la mise en auto-oscillation la masse mobile 4 par les électrodes d ' actionnement 12, mesure la variation de fréquence de vibration de la masse mobile 4 par exemple par les électrodes de détection 14. Des moyens pour calculer la température correspondante de l'environnement à partir de la mesure de variation de fréquence peuvent être prévus dans le circuit électronique ou un système supplémentaire peut être associé. Le circuit électronique est par exemple réalisé sur un CMOS.
Comme cela est schématisé sur la figure 9, l'assemblage entre le circuit électronique de commande 31 et le bolomètre 2 selon l'invention peut par exemple être réalisé de manière très avantageuse par collage dit "wafer à wafer", et les connexions électriques entre les électrodes du bolomètre 2 et le circuit 31 peuvent être réalisées en utilisant des techniques d'interconnexion 3D, par exemple de type TSV ("Through Silicon Via" en anglais) qui consiste à réaliser des via de connexion traversants 34. Dans ce cas de figure, le miroir réfléchissant est déposée en post-process sur le substrat correspondant au circuit électronique.
Des exemples de collage "wafer à wafer" sont décrits dans le document "Wafer-level Bonding/'Stacking Technology for 3D Intégration", Cheng-
Ta Ko, Kuan-Neng Chen, Microelectronics Reliability 50 (2010) 481-488
Cet exemple de réalisation d'assemblage est également particulièrement adapté dans le cas d'une matrice de bolomètres. L'assemblage de la figure 9 comporte également un dispositif optique de focalisation 33 celui-ci est assemblé sur le bolomètre à l'opposé du circuit électronique de commande 31 et s'interpose entre le flux optique F et le bolomètre. L'assemblage du dispositif optique et du bolomètre est réalisé par exemple par collage "wafer à wafer" .
L'assemblage du dispositif optique et du bolomètre a lieu de préférence après l'assemblage du bolomètre 2 et du circuit électronique de commande 31.
En variante, on peut envisager d'appliquer un procédé dit «above IC», le bolomètre ou la matrice de bolomètres serait alors réalisé sur le substrat portant le circuit électronique de commande par dépôts de couches et gravures successifs, suivant la technologie post-CMOS par exemple.
D'autres procédés d'assemblage et de connexion sont envisageables, par exemple par « wirebonding » ou par hybridation (« micro bail bumping » en anglais) . Sur les figures 11A et 11B ont peut voir des exemples d'assemblage par hybridation.
Sur la figure 11A, le bolomètre 2 est directement assemblé sur le circuit de commande 31 au moyen de billes d'indium 36, on pourrait utiliser en variante de l'or ou un autre métal adapté. Les billes servent alors à la fois à l'assemblage et à la connexion .
Sur la figure 11B, le bolomètre 2 et le circuit de commande 31 sont disposés côté à côte sur un substrat commun 38 et assemblés sur celui-ci par des billes 36. Le substrat comporte alors les interconnexions entre le circuit de commande 31 et le bolomètre 2.
Claims
1. Bolomètre comportant au moins un microsystème ou nanosystème électromécanique, ledit microsystème ou nanosystème comportant un support (8) et une masse mobile (4) suspendue par des moyens de suspension (6) au dessus du support (8), lesdits moyens de suspension (6) comportant au moins deux poutres, ladite masse mobile formant un absorbeur d'un flux optique (F), des moyens d ' actionnement (12) destinés à mettre en vibration, à sa fréquence de résonance, la masse mobile (4), selon un mode propre de déformation de la masse dans un plan moyen de celle-ci, ledit plan moyen étant sensiblement fixe par rapport au substrat, et des moyens de détection (14) de la variation de la fréquence de vibration de ladite masse mobile (4), et l'épaisseur des poutres (6) étant au moins dix fois plus faible que l'épaisseur de la masse mobile (4) .
2. Bolomètre selon la revendication 1, dans lequel la masse mobile (4) est en forme de plaque, le plan médian de la masse mobile étant le plan de la plaque .
3. Bolomètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens d ' actionnement (12) sont de type électrostatique et comportent au moins une électrode d ' actionnement sur le support (8) disposée latéralement par rapport à la masse mobile (4) .
4. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de détection (12) sont de type capacitif et comportent au moins une électrode de détection sur le support (8) disposée latéralement par rapport à la masse mobile (4) .
5. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de suspension (6) comportent au moins deux poutres disposées selon des nœuds de vibration.
6 Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 5, comportant des moyens anti-réfléchissants (19) sur une première face de la masse mobile (4) destinée à recevoir le flux optique (F) .
7. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 6, comportant une couche en un matériau présentant un coefficient de dilatation différent de celui de la masse mobile (4) sur une première face de la masse mobile (4) destinée à recevoir le flux optique (F) .
8. Bolomètre selon la revendication 8 en combinaison avec la revendication 7, dans lequel les moyens anti-réfléchissants (19) sont formés par une couche de matériau, ladite couche formant également la couche de matériau présentant un coefficient de dilatation différent de celui de la masse mobile (4) .
9. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 8, comportant un réflecteur optique (16) sur une deuxième face de la masse mobile (4) opposée à la première face destinée à recevoir le flux optique (F), la masse mobile (4) formant alors une cavité résonante optique ( 17 ) .
10. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 8, comportant un réflecteur optique (16') sur le support (8) en regard d'une deuxième face de la masse mobile (4) opposée à la première face destinée à recevoir le flux optique (F), de sorte à former une cavité résonante (17') optique entre le réflecteur optique (16') et la deuxième face de la masse mobile (4) .
11. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la masse mobile (4) et les moyens de suspension sont réalisés sont semi-conducteur cristallin, par exemple en silicium ou SiGe.
12. Bolomètre selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel dans un matériau des moyens de suspension est différent de celui de la masse, et est de préférence en matériau cristallin.
13. Ensemble de bolomètres selon l'une des revendications 1 à 12, disposés en matrice.
14. Ensemble de mesure de température comportant un ou un ensemble de bolomètre ( s ) selon l'une des revendications 1 à 13 et un circuit électronique de commande (31) destiné à assurer l'alimentation du ou des bolomètre (s) (2), à contrôler la mise en auto-oscillation de la ou des masse (s) mobile (s) (4) par les moyens d ' actionnement (12), et à mesurer la variation de fréquence de vibration de la ou des masse (s) mobile (s) (4) par les moyens de détection (14) .
15. Ensemble de mesure selon la revendication 14, dans lequel le circuit électronique de commande (31) met en vibration la masse mobile (4) ou l'ensemble des masses mobiles selon des modes de volume, tels le mode « wine-glas », extensionnel ou de Lamé.
16. Ensemble de mesure selon la revendication 14 ou 15, comportant également un dispositif optique de focalisation (33) disposé au dessus d'au moins un bolomètre (2) de sorte à s'interposer entre le flux optique (F) et la première face de la masse mobile (4) .
17. Ensemble de mesure selon la revendication 14 à 16, dans lequel le circuit électronique de commande (31) est assemblé avec le bolomètre (2), le circuit de commande et le bolomètre étant superposés.
18. Ensemble de mesure selon l'une des revendications 14 à 17, comportant au moins un fil d '' actionnement pour envoyer à un ou plusieurs bolomètre simultanément les signaux d ' actionnement de fréquences distinctes et au moins un fil de détection pour collecter les signaux de détection de un ou plusieurs bolomètres de fréquences distinctes.
19. Procédé de réalisation d'au moins un bolomètre selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel le bolomètre (2) est réalisé en technologie de surface, les moyens de suspension (6) et la masse mobile (4) étant réalisés respectivement dans une première (24) et une deuxième (30) couches de matériaux conducteurs ou semi-conducteurs différentes.
20. Procédé de réalisation selon la revendication 19, comportant les étapes :
- dépôt d'une couche d'oxyde (22) sur un substrat (20),
- formation d'une première couche (24) de matériau conducteur ou semi-conducteur,
- gravure de ladite première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (24),
- dépôt d'une deuxième couche d'oxyde (26) sur la première couche de matériau conducteur ou semi¬ conducteur gravée,
- planarisation de la deuxième couche d'oxyde (26) avec arrêt sur la première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (24),
- dépôt d'une troisième couche d'oxyde (28)
- gravure de ladite troisième couche d'oxyde (28) pour découvrir la première couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (24) au niveau d'une zone destinée à être située entre les moyens de suspension ( 6 ) ,
- formation d'une deuxième couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (30),
- gravure de la deuxième couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (30),
- gravure de la deuxième couche d'oxyde,
- libération de la masse mobile par gravure de la première couche d'oxyde.
21 Procédé de réalisation selon la revendication 20, dans lequel la formation de la première (24) et/ou de la deuxième (30) couche en matériau conducteur ou semi-conducteur est obtenue par croissance épitaxiale.
22. Procédé de réalisation selon la revendication 20 ou 21, dans lequel la première couche en matériau conducteur ou semi-conducteur (24) présente une épaisseur très inférieure à celle de la deuxième couche en matériau conducteur ou semi-conducteur (30) .
23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22, dans lequel la gravure de la première couche d'oxyde (22) est obtenue par gravure ionique réactive profonde .
24. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 20 à 23, comportant l'étape de dépôt et de gravure de la couche anti-réfléchissante après la formation de la deuxième couche en matériau conducteur ou semi-conducteur.
25. Procédé de réalisation d'au moins un bolomètre selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel ledit au moins un bolomètre est réalisé en technologie de surface, les moyens de suspension (6) et la masse mobile (4) étant réalisés à partir d'une couche (124) de matériau conducteur ou semi-conducteur, de préférence cristallin.
26. Procédé de réalisation selon la revendication 25,
- dépôt d'une couche d'oxyde (122) sur un substrat,
- formation de ladite couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (124),
- gravure de ladite couche de matériau conducteur ou semi-conducteur (124) pour délimiter transversalement les moyens de suspension,
- dépôt d'une couche de résine (128) et de lithographie pour délimiter la masse mobile par rapport aux moyens de suspension,
- amincissement des zones comportant les moyens de suspension,
- libération de la masse mobile (4) par gravure de la couche d'oxyde (122) .
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