FR3103319A1 - THERMAL PATTERN SENSOR CONTAINING TWO LAYERS OF PYROELECTRIC MATERIALS - Google Patents
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Abstract
Capteur (100) de motif thermique comportant une matrice de pixels (102), chaque pixel comprenant : - une première portion électriquement conductrice (106) disposée sur une face (105) d’un substrat (104) ; - une première portion de matériau pyroélectrique (108) telle que la première portion électriquement conductrice soit disposée entre la première portion de matériau pyroélectrique et le substrat ; - une deuxième portion électriquement conductrice (110) telle que la première portion de matériau pyroélectrique soit disposée entre les première et deuxième portions électriquement conductrices ; - une deuxième portion de matériau pyroélectrique (112) telle que la deuxième portion électriquement conductrice soit disposée entre les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique ; - une troisième portion électriquement conductrice (114) telle que la deuxième portion de matériau pyroélectrique soit disposée entre les deuxième et troisième portions électriquement conductrices. Figure pour l’abrégé : figure 1.Thermal pattern sensor (100) comprising an array of pixels (102), each pixel comprising: - a first electrically conductive portion (106) disposed on a face (105) of a substrate (104); - a first portion of pyroelectric material (108) such that the first electrically conductive portion is disposed between the first portion of pyroelectric material and the substrate; - a second electrically conductive portion (110) such that the first portion of pyroelectric material is disposed between the first and second electrically conductive portions; - a second portion of pyroelectric material (112) such that the second electrically conductive portion is disposed between the first and second portions of pyroelectric material; - a third electrically conductive portion (114) such that the second portion of pyroelectric material is placed between the second and third electrically conductive portions. Figure for abstract: Figure 1.
Description
L’invention se rapporte à un capteur de motif thermique exploitant les propriétés de pyroélectricité d’un matériau et formant avantageusement un capteur d’empreinte digitale.The invention relates to a thermal pattern sensor exploiting the pyroelectric properties of a material and advantageously forming a fingerprint sensor.
La détection d’empreinte digitale peut être réalisée par des capteurs dits «passifs» exploitant une différence de températures entre celle du doigt et celle du capteur, comme décrit dans les documents US 4394773, US4429413 et US6289114. Au niveau des crêtes de l’empreinte, la peau du doigt est en contact physique direct avec le capteur. Un transfert thermique entre la peau et la surface de contact du capteur s’effectue par conduction, ce qui conduit à une première variation temporelle de température. Au niveau des vallées de l’empreinte, la peau du doigt n’est pas en contact physique direct avec le capteur. Un transfert thermique entre la peau et la surface de contact du capteur s’effectue à travers l’air qui est plutôt un isolant thermique, ce qui conduit à une seconde variation temporelle de température, moins importante. La différence entre ces deux variations temporelles de température se traduit par une différence entre des signaux mesurés par les capacités pyroélectriques du capteur, selon qu’elles se trouvent sous une vallée ou sous une crête de l’empreinte. L’image de l’empreinte présente donc un contraste qui dépend de cette différence.Fingerprint detection can be performed by so-called “passive” sensors exploiting a temperature difference between that of the finger and that of the sensor, as described in documents US 4394773, US4429413 and US6289114. At the ridges of the impression, the skin of the finger is in direct physical contact with the sensor. Heat transfer between the skin and the contact surface of the sensor takes place by conduction, which leads to a first temporal variation in temperature. At the valleys of the impression, the skin of the finger is not in direct physical contact with the sensor. A heat transfer between the skin and the contact surface of the sensor takes place through the air which is more of a thermal insulator, which leads to a second, less significant temporal variation in temperature. The difference between these two temperature variations over time translates into a difference between the signals measured by the pyroelectric capacitances of the sensor, depending on whether they are under a valley or under a crest of the indentation. The image of the fingerprint therefore presents a contrast that depends on this difference.
Ces capteurs passifs ont pour inconvénient de réaliser une mesure qui dépend uniquement de la différence entre la température du doigt et la température du capteur. Ainsi, après quelques secondes de contact entre le doigt et le capteur, la température du doigt et la température de la surface de contact du capteur s’homogénéisent, et il n’est plus possible d’obtenir un contraste satisfaisant. Il peut également arriver que le niveau du signal obtenu soit nul lorsque le doigt et le capteur sont à la même température, ou encore que le contraste des images capturées varie, ce qui pose alors des problèmes lors du traitement ultérieur des images obtenues (par exemple, une inversion des températures entraîne une inversion de l’image obtenue).These passive sensors have the drawback of carrying out a measurement which depends solely on the difference between the temperature of the finger and the temperature of the sensor. Thus, after a few seconds of contact between the finger and the sensor, the temperature of the finger and the temperature of the contact surface of the sensor are homogenized, and it is no longer possible to obtain a satisfactory contrast. It can also happen that the level of the signal obtained is zero when the finger and the sensor are at the same temperature, or that the contrast of the images captured varies, which then poses problems during the subsequent processing of the images obtained (for example , a temperature inversion leads to an inversion of the image obtained).
Un autre type de capteur, de type actif, offre une solution à ce problème grâce à l’ajout d’éléments chauffants sous la surface de contact du capteur. Un tel capteur est décrit par exemple dans la demande de brevet EP 2385486 A1. Les éléments chauffants dissipent une certaine quantité de chaleur dans chaque pixel du capteur et l’échauffement des pixels est mesuré au bout d’un certain temps. La variation de température obtenue au sein des pixels est donc importante au niveau des vallées de l’empreinte où la chaleur est peu transférée au doigt grâce à l’air présent entre les vallées et le capteur, et plus faible au niveau des crêtes de l’empreinte où la chaleur est transférée directement au doigt par conduction. Cela conduit à une température finale plus faible dans le cas d’un pixel en présence d’une crête de l’empreinte, où la chaleur est absorbée par la peau, par rapport à un pixel en présence d’une vallée de l’empreinte où la chaleur est plutôt conservée dans le pixel. Cela permet d’améliorer et de conserver au cours du temps, le contraste d’une image acquise à l’aide dudit capteur.Another type of sensor, the active type, offers a solution to this problem thanks to the addition of heating elements under the contact surface of the sensor. Such a sensor is described for example in patent application EP 2385486 A1. The heating elements dissipate a certain amount of heat in each pixel of the sensor and the heating of the pixels is measured after a certain time. The temperature variation obtained within the pixels is therefore significant at the level of the valleys of the imprint where the heat is little transferred to the finger thanks to the air present between the valleys and the sensor, and lower at the level of the peaks of the impression where the heat is transferred directly to the finger by conduction. This leads to a lower final temperature in the case of a pixel in the presence of an indentation ridge, where the heat is absorbed by the skin, compared to a pixel in the presence of an indentation valley. where heat is instead conserved within the pixel. This makes it possible to improve and preserve over time the contrast of an image acquired using said sensor.
Un capteur de motif thermique comporte des moyens de détection thermique qui peuvent être des éléments pyroélectriques, des diodes, des thermistances ou tout autre élément sensible à la température permettant de convertir une variation de température en une variation de potentiel ou de courant électrique.A thermal pattern sensor comprises thermal detection means which may be pyroelectric elements, diodes, thermistors or any other temperature-sensitive element making it possible to convert a variation in temperature into a variation in potential or electric current.
Plus particulièrement, un capteur de type pyroélectrique comporte une matrice de capacités pyroélectriques disposées sur un substrat. Chaque capacité pyroélectrique comporte une couche en matériau pyroélectrique disposée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure. Une de ces deux électrodes est portée à un potentiel constant, et forme une électrode de référence. L’autre électrode collecte des charges pyroélectriques, générées par le matériau pyroélectrique en réponse à une variation de température. L’électrode supérieure est recouverte d’une couche de protection sur laquelle l’élément dont le motif thermique est mesuré, par exemple un doigt, est destiné à être disposé lors de la mesure.More particularly, a pyroelectric-type sensor comprises a matrix of pyroelectric capacitors arranged on a substrate. Each pyroelectric capacitor comprises a layer of pyroelectric material placed between a lower electrode and an upper electrode. One of these two electrodes is brought to a constant potential, and forms a reference electrode. The other electrode collects pyroelectric charges, generated by the pyroelectric material in response to a temperature variation. The upper electrode is covered with a protective layer on which the element whose thermal pattern is measured, for example a finger, is intended to be placed during the measurement.
Dans le cas d’un capteur thermique actif, le capteur est également muni d’un élément chauffant. Cet élément chauffant est par exemple réalisé sous la forme d’un serpentin entourant partiellement les électrodes supérieures et permettant de chauffer latéralement les capacités pyroélectriques, au niveau des électrodes supérieures.In the case of an active thermal sensor, the sensor is also provided with a heating element. This heating element is for example made in the form of a coil partially surrounding the upper electrodes and making it possible to heat the pyroelectric capacitors laterally, at the level of the upper electrodes.
Chaque capacité pyroélectrique forme un transducteur qui traduit une variation temporelle de température en un signal électrique tel qu’une différence de potentiels électriques.Each pyroelectric capacitance forms a transducer which translates a temporal variation in temperature into an electrical signal such as a difference in electrical potentials.
Lorsque le capteur doit avoir une surface importante et être réalisé avec un faible coût, il est avantageusement réalisé en technologie dite imprimée, ou par impression, moins onéreuse que la lithographie sur semi-conducteur. Différentes portions de matériaux formant les éléments des pixels du capteur peuvent dans ce cas être réalisées avec des encres suffisamment stables pour ne pas nécessiter d’encapsulation très performante. La réalisation d’au moins une partie des éléments du capteur est envisageable par impression sur des substrats souples, par exemple sur des substrats plastiques simples.When the sensor must have a large surface area and be produced at low cost, it is advantageously produced using so-called printed technology, or by printing, which is less expensive than semiconductor lithography. Different portions of materials forming the elements of the sensor pixels can in this case be produced with inks that are sufficiently stable not to require high-performance encapsulation. The production of at least part of the elements of the sensor can be envisaged by printing on flexible substrates, for example on simple plastic substrates.
Des défauts de fabrication du capteur peuvent toutefois dégrader les performances du capteur. Par exemple, des poussières s’interposant dans l’empilement de couches du capteur peuvent générer des courants de fuite entre les électrodes du capteur. Ces courants de fuite sont défavorables à une bonne polarisation du matériau pyroélectrique, et limitent également le chauffage du matériau pyroélectrique réalisé dans un capteur thermique actif, ce qui réduit la sensibilité du capteur.Sensor manufacturing defects can however degrade the performance of the sensor. For example, dust interposing in the stack of layers of the sensor can generate leakage currents between the electrodes of the sensor. These leakage currents are unfavorable to good polarization of the pyroelectric material, and also limit the heating of the pyroelectric material produced in an active thermal sensor, which reduces the sensitivity of the sensor.
Un but de la présente invention est de proposer un capteur de motif thermique à capacités pyroélectriques présentant une meilleure robustesse vis-à-vis des éventuels défauts pouvant survenir au cours de la fabrication du capteur.An object of the present invention is to provide a thermal pattern sensor with pyroelectric capacities having better robustness with respect to any faults that may occur during the manufacture of the sensor.
Pour cela, la présente invention propose un capteur de motif thermique comportantune matrice de pixels, chaque pixel comprenantau moins:For this, the present invention proposes a thermal pattern sensor comprising a matrix of pixels, each pixel comprising at least:
- une première portion électriquement conductrice disposée sur une face d’un substrat;- a first electrically conductive portion arranged on one face of a substrate;
- une première portion de matériau pyroélectrique telle que la première portion électriquement conductrice soit disposée entre la première portion de matériau pyroélectrique et le substrat;- a first portion of pyroelectric material such that the first electrically conductive portion is placed between the first portion of pyroelectric material and the substrate;
- une deuxième portion électriquement conductrice telle que la première portion de matériau pyroélectrique soit disposée entre les première et deuxième portions électriquement conductrices;- a second electrically conductive portion such that the first portion of pyroelectric material is placed between the first and second electrically conductive portions;
- une deuxième portion de matériau pyroélectrique telle que la deuxième portion électriquement conductrice soit disposée entre les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique;- a second portion of pyroelectric material such that the second electrically conductive portion is placed between the first and second portions of pyroelectric material;
- une troisième portion électriquement conductrice telle que la deuxième portion de matériau pyroélectrique soit disposée entre les deuxième et troisième portions électriquement conductrices.- A third electrically conductive portion such that the second portion of pyroelectric material is placed between the second and third electrically conductive portions.
Chaque pixel du capteur comporte donc deux capacités pyroélectriques: l’une formée par les première et deuxième portions électriquement conductrices entre lesquelles est disposée la première portion de matériau pyroélectrique, et l’autre formée par les deuxième et troisièmes portions électriquement conductrices entre lesquelles est disposée la deuxième portion de matériau pyroélectrique. La lecture de l’information thermique capturée par chaque pixel peut donc être réalisée par l’une ou l’autre des deux capacités pyroélectriques. Dans un pixel, si l’une des deux capacités pyroélectriques est défaillante (par exemple une poussière présente entre deux portions de matériaux de l’une des deux capacités pyroélectriques), l’autre capacité pyroélectrique non défaillante du pixel peut être utilisée pour lire l’information thermique reçue par ce pixel.Each pixel of the sensor therefore comprises two pyroelectric capacitors: one formed by the first and second electrically conductive portions between which is placed the first portion of pyroelectric material, and the other formed by the second and third electrically conductive portions between which is placed the second portion of pyroelectric material. The reading of the thermal information captured by each pixel can therefore be performed by one or the other of the two pyroelectric capacitors. In a pixel, if one of the two pyroelectric capacitors is faulty (for example dust present between two portions of material of one of the two pyroelectric capacitors), the other non-failing pyroelectric capacitor of the pixel can be used to read the thermal information received by this pixel.
Les matériaux pyroélectriques utilisés sont également diélectriques.The pyroelectric materials used are also dielectric.
La matrice de pixels peut être formée par un empilement de couches comprenant au moins:The pixel matrix can be formed by a stack of layers comprising at least:
- une première couche électriquement conductrice structurée disposée sur le substrat et formant les premières portions électriquement conductrices,- a first structured electrically conductive layer placed on the substrate and forming the first electrically conductive portions,
- une première couche de matériau pyroélectrique disposée sur la première couche électriquement conductrice structurée, c’est-à-dire sur les parties de matériau électriquement conducteur de cette couche et dans les parties structurées de cette couche (entre les parties de matériau électriquement conducteur de cette couche),- a first layer of pyroelectric material arranged on the first structured electrically conductive layer, that is to say on the parts of electrically conductive material of this layer and in the structured parts of this layer (between the parts of electrically conductive material of this layer),
- une deuxième couche électriquement conductrice disposée sur la première couche de matériau pyroélectrique,- a second electrically conductive layer placed on the first layer of pyroelectric material,
- une deuxième couche de matériau pyroélectrique disposée sur la deuxième couche électriquement conductrice,- a second layer of pyroelectric material placed on the second electrically conductive layer,
- une troisième couche électriquement conductrice structurée disposée sur la deuxième couche de matériau pyroélectrique.- a third structured electrically conductive layer placed on the second layer of pyroelectric material.
Pour chaque capacité pyroélectrique, les première, deuxième et troisième portions électriquement conductrices et les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique forment un empilement de ces éléments disposé sur le substrat.For each pyroelectric capacitor, the first, second and third electrically conductive portions and the first and second portions of pyroelectric material form a stack of these elements arranged on the substrate.
Dans chaque pixel, l’épaisseur de la première portion de matériau pyroélectrique peut être supérieure à celle de la deuxième portion de matériau pyroélectrique. Une telle configuration permet de limiter l’impact des poussières déposées sur les premières portions de matériau pyroélectrique ou sur d’autres éléments se trouvant sur les premières portions de matériau pyroélectrique lors de la réalisation du capteur.In each pixel, the thickness of the first portion of pyroelectric material may be greater than that of the second portion of pyroelectric material. Such a configuration makes it possible to limit the impact of the dust deposited on the first portions of pyroelectric material or on other elements located on the first portions of pyroelectric material during the production of the sensor.
Le capteur peut être tel que, dans chaque pixel, des dipôles du matériau de l’une seulement des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique sont orientés selon une direction définie par une polarisation initiale de ladite une des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique. Dans ce cas, dans chaque pixel, l’autre des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique non polarisé forme une capacité pyroélectrique de secours du pixel pouvant être activée lorsqu’une défaillance est détectée dans l’autre capacité pyroélectrique du pixel.The sensor may be such that, in each pixel, dipoles of the material of only one of the first and second portions of pyroelectric material are oriented in a direction defined by an initial polarization of said one of the first and second portions of pyroelectric material. In this case, in each pixel, the other of the first and second portions of non-polarized pyroelectric material forms an emergency pyroelectric capacitor of the pixel which can be activated when a failure is detected in the other pyroelectric capacitor of the pixel.
En variante, dans chaque pixel, des dipôles des matériaux des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique peuvent être orientés selon une même direction définie par une polarisation initiale des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique.As a variant, in each pixel, dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material can be oriented in the same direction defined by an initial polarization of the first and second portions of pyroelectric material.
Selon une autre variante, dans chaque pixel, des dipôles des matériaux des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique peuvent être orientés selon des directions différentes définies par des polarisations initiales des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique.According to another variant, in each pixel, dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material can be oriented in different directions defined by initial polarizations of the first and second portions of pyroelectric material.
Avec un tel capteur, un faible courant de fuite, de l’ordre de 0,1 µA, peut être obtenu, et la sensibilité du capteur peut être améliorée d’environ 30 %.With such a sensor, a low leakage current, in the order of 0.1 µA, can be obtained, and the sensitivity of the sensor can be improved by about 30%.
Les deuxièmes portions électriquement conductrices des pixels peuvent être formées par une couche électriquement conductrice commune à tous les pixels et reliée à la masse. Dans ce cas, cette couche électriquement conductrice sert de couche de blindage, notamment contre les décharges électrostatiques (ESD).The second electrically conductive portions of the pixels can be formed by an electrically conductive layer common to all the pixels and connected to ground. In this case, this electrically conductive layer serves as a shielding layer, in particular against electrostatic discharges (ESD).
Le capteur peut comporter en outre une couche de protection comprenant un matériau diélectrique et recouvrant les pixels, et telle que, dans chaque pixel, la troisième portion électriquement conductrice soit disposée entre la couche de protection et la deuxièmes portion de matériau pyroélectrique du pixel.The sensor may further comprise a protective layer comprising a dielectric material and covering the pixels, and such that, in each pixel, the third electrically conductive portion is placed between the protective layer and the second portion of pyroelectric material of the pixel.
Le capteur peut être tel que:The sensor can be such as:
- les premières portions électriquement conductrices des pixels sont formées par des premières bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres, chaque première bande de matériau électriquement conducteur formant les premières portions électriquement conductrices de tous les pixels d’une même ligne de la matrice de pixels, et- the first electrically conductive portions of the pixels are formed by first strips of parallel electrically conductive material spaced apart from each other, each first strip of electrically conductive material forming the first electrically conductive portions of all the pixels of a same line of the pixel array, and
- les troisièmes portions électriquement conductrices des pixels sont formées par des deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres et orientées perpendiculairement aux premières bandes de matériau électriquement conducteur, chaque deuxième bande de matériau électriquement conducteur formant les troisièmes portions électriquement conductrices de tous les pixels d’une même colonne de la matrice de pixels.- the third electrically conductive portions of the pixels are formed by second strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other and oriented perpendicular to the first strips of electrically conductive material, each second strip of electrically conductive material forming the third electrically conductive portions of all the pixels of a same column of the pixel matrix.
Dans ce cas, le capteur peut être tel que:In this case, the sensor can be such as:
- les premières bandes de matériau électriquement conducteur forment des électrodes de lecture des pixels et les deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur forment des éléments chauffants des pixels, ou- the first strips of electrically conductive material form pixel reading electrodes and the second strips of electrically conductive material form pixel heating elements, or
- les deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur forment des électrodes de lecture des pixels et les premières bandes de matériau électriquement conducteur forment des éléments chauffants des pixels.- the second strips of electrically conductive material form pixel reading electrodes and the first strips of electrically conductive material form pixel heating elements.
Le capteur peut être tel que:The sensor can be such as:
- le substrat comprend au moins un matériau plastique, et/ou- the substrate comprises at least one plastic material, and/or
- les premières et troisièmes portions électriquement conductrices comportent au moins l’un des matériaux suivants: argent, or, cuivre, nickel, carbone, graphène, polymère conducteur, et/ou- the first and third electrically conductive portions comprise at least one of the following materials: silver, gold, copper, nickel, carbon, graphene, conductive polymer, and/or
- les deuxièmes portions électriquement conductrices comportent du PEDOT:PSS.- the second electrically conductive portions comprise PEDOT:PSS.
De tels matériaux sont adaptés pour une réalisation au moins partielle du capteur de motif thermique par impression.Such materials are suitable for at least partial production of the thermal pattern sensor by printing.
Le capteur de motif thermique peut être un capteur d’empreinte digitale.The heat pattern sensor may be a fingerprint sensor.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un capteur de motif thermique comportant une matrice de pixels, comprenant la mise en œuvre des étapes suivantes:The invention also relates to a method for producing a thermal pattern sensor comprising a matrix of pixels, comprising the implementation of the following steps:
- réalisation de premières portions électriquement conductrices sur une face d’un substrat, chaque pixel comprenant l’une des premières portions électriquement conductrices;- production of first electrically conductive portions on one face of a substrate, each pixel comprising one of the first electrically conductive portions;
- réalisation d’une première couche de matériau pyroélectrique sur les premières portions électriquement conductrices, formant dans chaque pixel une première portion de matériau pyroélectrique telle que la première portion électriquement conductrice du pixel soit disposée entre la première portion de matériau pyroélectrique du pixel et le substrat;- production of a first layer of pyroelectric material on the first electrically conductive portions, forming in each pixel a first portion of pyroelectric material such that the first electrically conductive portion of the pixel is placed between the first portion of pyroelectric material of the pixel and the substrate ;
- réalisation d’une couche électriquement conductrice sur la première couche de matériau pyroélectrique, formant dans chaque pixel une deuxième portion électriquement conductrice telle que la première portion de matériau pyroélectrique du pixel soit disposée entre les première et deuxième portions électriquement conductricesdu pixel ;- production of an electrically conductive layer on the first layer of pyroelectric material, forming in each pixel a second electrically conductive portion such that the first portion of pyroelectric material of the pixel is placed between the first and second electrically conductive portions of the pixel;
- réalisation d’une deuxième couche de matériau pyroélectrique sur la couche électriquement conductrice, formant dans chaque pixel une deuxième portion de matériau pyroélectrique telle que la deuxième portion électriquement conductrice du pixel soit disposée entre les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique du pixel;- production of a second layer of pyroelectric material on the electrically conductive layer, forming in each pixel a second portion of pyroelectric material such that the second electrically conductive portion of the pixel is placed between the first and second portions of pyroelectric material of the pixel;
- réalisation de troisièmes portions électriquement conductrices sur la deuxième couche de matériau pyroélectrique, chaque pixel comprenant l’une des troisièmes portions électriquement conductrices telle que la deuxième portion de matériau pyroélectrique du pixel soit disposée entre les deuxième et troisième portions électriquement conductrices du pixel.- production of third electrically conductive portions on the second layer of pyroelectric material, each pixel comprising one of the third electrically conductive portions such that the second portion of pyroelectric material of the pixel is placed between the second and third electrically conductive portions of the pixel.
Le procédé peut comporter en outre, après la réalisation des troisièmes portions électriquement conductrices, la mise en œuvre d’une polarisation initiale du matériau de l’une seulement des première et deuxième couches de matériau pyroélectrique comportant l’application d’une tension électrique continue entre la couche électriquement conductrice et les premières portions électriquement conductrices ou entre la couche électriquement conductrice et les troisièmes portions électriquement conductrices.The method may further comprise, after the production of the third electrically conductive portions, the implementation of an initial polarization of the material of only one of the first and second layers of pyroelectric material comprising the application of a direct electrical voltage between the electrically conductive layer and the first electrically conductive portions or between the electrically conductive layer and the third electrically conductive portions.
En variante, le procédé peut comporter en outre, après la réalisation des troisièmes portions électriquement conductrices, la mise en œuvre d’une polarisation initiale des matériaux des première et deuxième couches de matériau pyroélectrique comportant l’application de tensions électriques continues entre la couche électriquement conductrice et les premières portions électriquement conductrices et entre la couche électriquement conductrice et les troisièmes portions électriquement conductrices.As a variant, the method may further comprise, after the production of the third electrically conductive portions, the implementation of an initial polarization of the materials of the first and second layers of pyroelectric material comprising the application of DC electrical voltages between the electrically conductive layer conductive and the first electrically conductive portions and between the electrically conductive layer and the third electrically conductive portions.
Le procédé peut comporter en outre, après la réalisation des troisièmes portions électriquement conductrices, la réalisation d’une couche de protection comprenant un matériau diélectrique et recouvrant les pixels, et telle que, dans chaque pixel, la troisième portion électriquement conductrice soit disposée entre la couche de protection et la deuxième portion de matériau pyroélectrique du pixel.The method may further comprise, after the production of the third electrically conductive portions, the production of a protective layer comprising a dielectric material and covering the pixels, and such that, in each pixel, the third electrically conductive portion is placed between the protection layer and the second portion of pyroelectric material of the pixel.
Le procédé peut être tel que:The process can be such as:
- les premières portions électriquement conductrices des pixels sont réalisées sous la forme de premières bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres, chaque première bande de matériau électriquement conducteur formant les premières portions électriquement conductrices de tous les pixels d’une même ligne de la matrice de pixels, et- the first electrically conductive portions of the pixels are made in the form of first strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other, each first strip of electrically conductive material forming the first electrically conductive portions of all the pixels of the same line of the pixel matrix, and
- les troisièmes portions électriquement conductrices des pixels sont réalisées sous la forme de deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres et orientées perpendiculairement aux premières bandes de matériau électriquement conducteur, chaque deuxième bande de matériau électriquement conducteur formant les troisièmes portions électriquement conductrices de tous les pixels d’une même colonne de la matrice de pixels.- the third electrically conductive portions of the pixels are made in the form of second strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other and oriented perpendicular to the first strips of electrically conductive material, each second strip of electrically conductive material forming the third portions electrically conductors of all the pixels of the same column of the matrix of pixels.
La réalisation des premières portions électriquement conductrices et/ou la réalisation de la première couche de matériau pyroélectrique et/ou la réalisation de la couche électriquement conductrice et/ou la réalisation de la deuxième couche de matériau pyroélectrique et/ou la réalisation des troisièmes portions électriquement conductrices peuvent comporter la mise en œuvre de dépôts par impression. Un dépôt par impression correspond par exemple à la réalisation d’un dépôt de matériau par au moins l’une des techniques suivantes : sérigraphie, héliogravure, jet d’encre, flexographie, ou encore gravure offset.The production of the first electrically conductive portions and/or the production of the first layer of pyroelectric material and/or the production of the electrically conductive layer and/or the production of the second layer of pyroelectric material and/or the production of the third electrically conductive may include the implementation of deposits by printing. A deposit by printing corresponds for example to the production of a deposit of material by at least one of the following techniques: screen printing, rotogravure, inkjet, flexography, or even offset engraving.
Les éléments décrits dans cette demande pour la détection d’empreinte digitale s’appliquent également à la détection d’un motif thermique autre qu’une empreinte digitale, l’élément dont le motif thermique à détecter étant disposé sur le capteur lors de la mesure.The elements described in this application for fingerprint detection also apply to the detection of a thermal pattern other than a fingerprint, the element whose thermal pattern to be detected being placed on the sensor during the measurement .
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given purely for information and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.Identical, similar or equivalent parts of the various figures described below bear the same numerical references so as to facilitate passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not mutually exclusive and can be combined with each other.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Un capteur de motif thermique 100 est décrit ci-dessous en lien avec les figures 1 et 2 qui représentent des vues en coupe d’une partie du capteur 100 selon un mode de réalisation particulier. La figure 1 correspond à une vue en coupe du capteur 100 selon un axe AA visible sur la figure 2, et la figure 2 correspond à une vue de dessus du capteur 100.A thermal pattern sensor 100 is described below in connection with FIGS. 1 and 2 which represent cross-sectional views of part of the sensor 100 according to a particular embodiment. Figure 1 corresponds to a sectional view of the sensor 100 along an axis AA visible in Figure 2, and Figure 2 corresponds to a top view of the sensor 100.
Le capteur 100 comporte une matrice de pixels 102 réalisée sur un substrat 104, et plus particulièrement sur une première face 105 du substrat 104. Le substrat 104 est ici un substrat souple à base de matériau plastique, comprenant par exemple du polyimide et/ou du PEN (poly(naphtalate d'éthylène)) et/ou du PET (poly(téréphtalate d'éthylène)), sur lequel les différents éléments du capteur 100 (capacités pyroélectriques dans le cas présent) sont réalisés en technologie imprimée.The sensor 100 comprises a matrix of pixels 102 produced on a substrate 104, and more particularly on a first face 105 of the substrate 104. The substrate 104 is here a flexible substrate based on plastic material, comprising for example polyimide and/or PEN (poly(ethylene naphthalate)) and/or PET (poly(ethylene terephthalate)), on which the various elements of the sensor 100 (pyroelectric capacitors in the present case) are produced in printed technology.
En variante, il est possible que le substrat 102 ne corresponde pas à un substrat souple à base de matériau plastique, mais corresponde à un substrat rigide tel qu’utilisé classiquement dans la filière microélectronique, comme par exemple un substrat semi-conducteur (silicium, germanium, etc.) ou un substrat de verre ou bien un substrat de saphir.As a variant, it is possible that the substrate 102 does not correspond to a flexible substrate based on plastic material, but corresponds to a rigid substrate as conventionally used in the microelectronics sector, such as for example a semiconductor substrate (silicon, germanium, etc.) or a glass substrate or a sapphire substrate.
L’épaisseur du substrat 104 (dimension selon l’axe Z représenté sur les figures 1 et 2) est par exemple égale à environ 125 µm ou plus généralement comprise entre environ 50 µm et 250 µm.The thickness of the substrate 104 (dimension along the Z axis represented in FIGS. 1 and 2) is for example equal to around 125 μm or more generally between around 50 μm and 250 μm.
Les pixels 102 du capteur 100 sont disposés en formant une matrice de plusieurs lignes et plusieurs colonnes de pixels 102. Le pas des pixels 102 (distance entre les centres de deux pixels 102 voisins), dans le plan (X,Y) (c'est-à-dire un plan parallèle aux faces principales du substrat 104), est par exemple compris entre environ 50 µm et plusieurs centimètres. Dans le cas d’un capteur de résolution égale à 500 dpi («dot per inch»), le pas des pixels 102 est égal à 50,8 µm.The pixels 102 of the sensor 100 are arranged to form a matrix of several rows and several columns of pixels 102. The pitch of the pixels 102 (distance between the centers of two neighboring pixels 102), in the (X,Y) plane (c' that is to say a plane parallel to the main faces of the substrate 104), is for example between approximately 50 μm and several centimeters. In the case of a sensor with a resolution equal to 500 dpi (“dot per inch”), the pitch of 102 pixels is equal to 50.8 μm.
Sur la figure 2, les emplacements des pixels 102 sont représentés symboliquement par des hachures afin de faciliter la compréhension de cette figure.In FIG. 2, the locations of the pixels 102 are symbolically represented by hatching in order to facilitate the understanding of this figure.
Chaque pixel 102 du capteur 100 comporte:Each pixel 102 of sensor 100 comprises:
- une première portion électriquement conductrice 106 disposée sur la face 105 du substrat 104;- a first electrically conductive portion 106 arranged on face 105 of substrate 104;
- une première portion de matériau pyroélectrique 108 disposée sur la première portion électriquement conductrice 106 ;- a first portion of pyroelectric material 108 placed on the first electrically conductive portion 106;
- une deuxième portion électriquement conductrice 110 disposée sur la première portion de matériau pyroélectrique 108 ;- a second electrically conductive portion 110 arranged on the first portion of pyroelectric material 108;
- une deuxième portion de matériau pyroélectrique 112 disposée sur la deuxième portion électriquement conductrice 110;- a second portion of pyroelectric material 112 placed on the second electrically conductive portion 110;
- une troisième portion électriquement conductrice 114 disposée sur la deuxième portion de matériau pyroélectrique 112.- a third electrically conductive portion 114 placed on the second portion of pyroelectric material 112.
Dans le mode de réalisation particulier décrit ici, les premières portions électriquement conductrices 106 des pixels 102 sont formées par des premières bandes de matériau électriquement conducteur déposées sur la face 105 du substrat 104 et parallèles les unes aux autres. Chaque première bande de matériau électriquement conducteur forme les premières portions électriquement conductrices 106 de tous les pixels 102 d’une même ligne de la matrice de pixels 102.In the particular embodiment described here, the first electrically conductive portions 106 of the pixels 102 are formed by first strips of electrically conductive material deposited on the face 105 of the substrate 104 and parallel to each other. Each first strip of electrically conductive material forms the first electrically conductive portions 106 of all the pixels 102 of a same row of the matrix of pixels 102.
Les premières portions de matériau pyroélectrique 108 des pixels 102 sont formées par une première couche de matériau pyroélectrique déposée sur les premières bandes de matériau électriquement qui forment les premières portions électriquement conductrices 106 ainsi que sur les parties de la face 105 du substrat 105 non recouvertes par les premières bandes de matériau électriquement conducteur.The first portions of pyroelectric material 108 of the pixels 102 are formed by a first layer of pyroelectric material deposited on the first strips of electrically conductive material which form the first electrically conductive portions 106 as well as on the parts of the face 105 of the substrate 105 not covered by the first strips of electrically conductive material.
Les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 des pixels 102 sont formées par une couche de matériau électriquement conducteur déposée sur la première couche de matériau pyroélectrique qui forme les premières portions de matériau pyroélectrique 108.The second electrically conductive portions 110 of the pixels 102 are formed by a layer of electrically conductive material deposited on the first layer of pyroelectric material which forms the first portions of pyroelectric material 108.
Les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 des pixels 102 sont formées par une deuxième couche de matériau pyroélectrique déposée sur la couche de matériau électriquement conducteur qui forme les deuxièmes portions électriquement conductrices 110.The second portions of pyroelectric material 112 of the pixels 102 are formed by a second layer of pyroelectric material deposited on the layer of electrically conductive material which forms the second electrically conductive portions 110.
Les troisièmes portions électriquement conductrices 114 des pixels 102 sont formées par des deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur déposées sur la deuxième couche de matériau pyroélectrique, parallèles les unes aux autres et orientées perpendiculairement aux premières bandes de matériau électriquement conducteur. Chaque deuxième bande de matériau électriquement conducteur forme les troisièmes portions électriquement conductrices 114 de tous les pixels 102 d’une même colonne de la matrice de pixels 102.The third electrically conductive portions 114 of the pixels 102 are formed by second strips of electrically conductive material deposited on the second layer of pyroelectric material, parallel to each other and oriented perpendicular to the first strips of electrically conductive material. Each second strip of electrically conductive material forms the third electrically conductive portions 114 of all the pixels 102 of the same column of the matrix of pixels 102.
Le matériau pyroélectrique des premières et deuxièmes portions 108, 112 est ici un copolymère, avantageusement du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène) ou P(VDF-TrFE), et/ou du PVDF (polyfluorure de vinylidène) qui ont pour avantage de présenter une très bonne isolation électrique et d’être très stables quel que soit l’environnement dans lequel se trouve le capteur 100 (environnement humide, etc.). En variante, les premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 peuvent comporter une céramique telle que du PZT (titano-zirconate de plomb, ou«Lead Zirconate Titanate» en anglais) et/ou de l’AlN et/ou du BaTiO3et/ou du ZnO et/ou du SBN (oxyde de SrBaNb) et/ou du SBT (oxyde de SrBaTi) et/ou tout autre matériau pyroélectrique adapté pour former une capacité pyroélectrique. D’autres matériaux pyroélectriques sont possibles, à savoir tous ceux qui produisent des charges électriques en fonction d’un paramètre pyroélectrique.The pyroelectric material of the first and second portions 108, 112 is here a copolymer, advantageously poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) or P(VDF-TrFE), and/or PVDF (polyvinylidene fluoride) which have the advantage of presenting very good electrical insulation and to be very stable regardless of the environment in which the sensor 100 is located (humid environment, etc.). As a variant, the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 may comprise a ceramic such as PZT (lead zirconate titanium, or “Lead Zirconate Titanate” in English) and/or AlN and/or BaTiO 3 and/or ZnO and/or SBN (SrBaNb oxide) and/or SBT (SrBaTi oxide) and/or any other pyroelectric material suitable for forming a pyroelectric capacitor. Other pyroelectric materials are possible, namely all those which produce electric charges as a function of a pyroelectric parameter.
De plus, les matériaux pyroélectriques des premières et deuxièmes portions 108, 112 peuvent être différents l’un de l’autre ou similaires.In addition, the pyroelectric materials of the first and second portions 108, 112 may be different from each other or similar.
L’épaisseur des premières portions de matériau pyroélectrique 108 (dimension selon l’axe Z représenté sur les figures 1 et 2) est par exemple égale à environ 3 µm, et par exemple comprise entre environ 2 et 10 µm. L’épaisseur des deuxièmes portions de matériau pyroélectrique est par exemple comprise entre environ 1 µm et
3 µm.The thickness of the first portions of pyroelectric material 108 (dimension along the Z axis represented in FIGS. 1 and 2) is for example equal to approximately 3 μm, and for example comprised between approximately 2 and 10 μm. The thickness of the second portions of pyroelectric material is for example between approximately 1 μm and
3µm.
Selon une configuration avantageuse, les premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 comportent du P(VDF-TrFE), chacune des premières portions de matériau pyroélectrique 108 a une épaisseur égale à environ 3,5µm, et chacune des deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 a une épaisseur égale à environ 1,5 µm.According to an advantageous configuration, the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 comprise P(VDF-TrFE), each of the first portions of pyroelectric material 108 has a thickness equal to approximately 3.5 μm, and each of the second portions of material pyroelectric 112 has a thickness equal to approximately 1.5 μm.
Dans chaque pixel 102, les première et troisième portions électriquement conductrices 106, 114 comportent chacune au moins un matériau électriquement conducteur, par exemple de l’argent, de l’aluminium, du molybdène, de l’or, du cuivre, du nickel, du carbone, du graphène ou encore un polymère conducteur tel que du PEDOT:PSS (poly(3,4-éthylènedioxythiophène). L’épaisseur de chacune des première et troisième portions électriquement conductrices 106, 114 est par exemple comprise entre environ 0,01 µm et 1µm, et par exemple égale à 100 nm, voire être plus importante et être comprise entre environ 0,01 µm et 3 µm.In each pixel 102, the first and third electrically conductive portions 106, 114 each comprise at least one electrically conductive material, for example silver, aluminum, molybdenum, gold, copper, nickel, carbon, graphene or even a conductive polymer such as PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). The thickness of each of the first and third electrically conductive portions 106, 114 is for example between about 0.01 μm and 1 μm, and for example equal to 100 nm, or even be greater and be between about 0.01 μm and 3 μm.
Selon une configuration avantageuse, les premières portions électriquement conductrices 106 comportent de l’aluminium et ont chacune une épaisseur égale à environ 170 nm, et les troisièmes portions électriquement conductrices 114 comportent du molybdène ou de l’aluminium et ont chacune une épaisseur égale à environ 70 nm.According to an advantageous configuration, the first electrically conductive portions 106 comprise aluminum and each have a thickness equal to approximately 170 nm, and the third electrically conductive portions 114 comprise molybdenum or aluminum and each have a thickness equal to approximately 70nm.
De plus, les premières et deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur formant les premières et troisièmes portions électriquement conductrices 106, 114 sont par exemple réalisées sous la forme de bandes ayant chacune une largeur (qui correspond, sur les figures 1 et 2, à la dimension selon l’axe X pour les premières portions électriquement conductrices 106, et à la dimension selon l’axe Y pour les troisièmes portions électriquement conductrices 114) égale à environ 40 µm et qui sont espacées d’une bande voisine d’une distance égale à environ 40 µm.In addition, the first and second strips of electrically conductive material forming the first and third electrically conductive portions 106, 114 are for example made in the form of strips each having a width (which corresponds, in FIGS. 1 and 2, to the dimension along the X axis for the first electrically conductive portions 106, and to the dimension along the Y axis for the third electrically conductive portions 114) equal to approximately 40 μm and which are spaced apart from a neighboring band by a distance equal to about 40 µm.
Les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 sont formées ici par une couche électriquement conductrice qui comporte avantageusement du PEDOT:PSS et dont l’épaisseur est avantageusement égale à environ 1 µm.The second electrically conductive portions 110 are formed here by an electrically conductive layer which advantageously comprises PEDOT:PSS and whose thickness is advantageously equal to approximately 1 μm.
Chaque pixel 102 comporte donc deux capacités pyroélectriques: l’une formée par les première et deuxième portions électriquement conductrices 106, 110 entre lesquelles est disposée la première portion de matériau pyroélectrique 108, et l’autre formée par les deuxième et troisième portions électriquement conductrices 110, 114 entre lesquelles est disposée la deuxième portion de matériau pyroélectrique 112. D’un point de vue électrique, l’empilement formé dans chaque pixel 102 peut être vu comme correspondant à deux condensateurs reliés en série l’un à l’autre. La lecture de l’information de chaque pixel 102 peut donc être réalisée par l’une ou l’autre des deux capacités pyroélectriques qui forme des moyens de mesure, ou de détection, thermique présents dans chaque pixel 102.Each pixel 102 therefore comprises two pyroelectric capacitors: one formed by the first and second electrically conductive portions 106, 110 between which is placed the first portion of pyroelectric material 108, and the other formed by the second and third electrically conductive portions 110 , 114 between which is arranged the second portion of pyroelectric material 112. From an electrical point of view, the stack formed in each pixel 102 can be seen as corresponding to two capacitors connected in series to one another. The reading of the information from each pixel 102 can therefore be carried out by one or the other of the two pyroelectric capacitors which form thermal measurement or detection means present in each pixel 102.
Dans le mode de réalisation particulier décrit ici, la couche électriquement conductrice formant les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 est reliée à un potentiel électrique de référence, par exemple la masse. Dans chaque pixel 102, l’une des première et troisième portions électriquement conductrices 106, 114, est destinée à recevoir et lire les charges électriques générées lors de la mesure du motif thermique par le capteur 100, et l’autre des première et troisième portions électriquement conductrices 106, 114 sert à chauffer par effet Joule la ligne ou la colonne de pixels 102 qui sont lus. Les portions électriquement conductrices servant d’électrodes de lecture sont reliées à un circuit de lecture non représenté sur les figures 1 et 2.In the particular embodiment described here, the electrically conductive layer forming the second electrically conductive portions 110 is connected to an electrical reference potential, for example ground. In each pixel 102, one of the first and third electrically conductive portions 106, 114 is intended to receive and read the electric charges generated during the measurement of the thermal pattern by the sensor 100, and the other of the first and third portions electrically conductive 106, 114 serves to heat by Joule effect the line or the column of pixels 102 which are read. The electrically conductive portions serving as read electrodes are connected to a read circuit not shown in Figures 1 and 2.
Ainsi, lorsque les premières portions électriquement conductrices 106 des pixels 102 servent d’électrodes de lecture des pixels 102, les charges électriques sont générées par les premières portions de matériau pyroélectrique 108. Dans ce cas, les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 servent d’isolation électrique entre les deuxièmes et troisièmes portions électriquement conductrices 110, 114 et les charges électriques éventuellement générées par les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 ne sont pas lues.Thus, when the first electrically conductive portions 106 of the pixels 102 serve as electrodes for reading the pixels 102, the electric charges are generated by the first portions of pyroelectric material 108. In this case, the second portions of pyroelectric material 112 serve as electrical insulation between the second and third electrically conductive portions 110, 114 and the electrical charges possibly generated by the second portions of pyroelectric material 112 are not read.
Par contre, lorsque, dans au moins une partie des pixels 102, la troisième portion électriquement conductrice 114 sert d’électrode de lecture et la première portion électriquement conductrice 106 sert d’élément chauffant, les charges électriques lues sont celles générées par les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 de ces pixels 102, et les premières portions de matériau pyroélectrique 108 de ces pixels 102 ne servent qu’à isoler électriquement les premières portions électriquement conductrices 106 vis-à-vis des deuxièmes portions électriquement conductrices 110, les charges électriques éventuellement générées par ces premières portions de matériau pyroélectrique 108 ne sont pas lues.On the other hand, when, in at least part of the pixels 102, the third electrically conductive portion 114 serves as a read electrode and the first electrically conductive portion 106 serves as a heating element, the electrical charges read are those generated by the second portions of pyroelectric material 112 of these pixels 102, and the first portions of pyroelectric material 108 of these pixels 102 serve only to electrically insulate the first electrically conductive portions 106 vis-à-vis the second electrically conductive portions 110, the electrical charges possibly generated by these first portions of pyroelectric material 108 are not read.
La couche électriquement conductrice formant les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 et qui est reliée à la masse sert de couche de blindage et permet de protéger le capteur 100 notamment vis-à-vis des décharges électrostatiques.The electrically conductive layer forming the second electrically conductive portions 110 and which is grounded serves as a shielding layer and makes it possible to protect the sensor 100 in particular against electrostatic discharges.
Le capteur 100 comporte également une couche de protection 116 comprenant un matériau diélectrique et recouvrant les pixels 102.The sensor 100 also includes a protective layer 116 comprising a dielectric material and covering the pixels 102.
De manière avantageuse, la couche de protection 116 comporte au moins un matériau polymère de type acrylique ou époxy ou siloxane, et avantageusement du pentaerythritol tetraacrylate et du pentaerythritol triacrylate de monomères tri et tetra-fonctionnels.Advantageously, the protective layer 116 comprises at least one polymer material of acrylic or epoxy or siloxane type, and advantageously pentaerythritol tetraacrylate and pentaerythritol triacrylate of tri- and tetra-functional monomers.
Le matériau de la couche de protection 116 peut être réticulable et présenter des liaisons covalentes entre les atomes de ce matériau.The material of the protective layer 116 can be crosslinkable and have covalent bonds between the atoms of this material.
De manière générale, la couche de protection 116 peut comporter au moinsun matériau polymère organique et/ou au moins un matériau inorganique de type sol-gel et/ou du SOG («Spin-On-Glass») et/ou un matériau céramique de type sol-gel (un matériau organométallique qui, après recuit, crée un réseau semblable à un réseau obtenu par réticulation).In general, the protective layer 116 may comprise at least one organic polymer material and/or at least one inorganic material of the sol-gel type and/or SOG (“Spin-On-Glass”) and/or a ceramic material of sol-gel type (an organometallic material which, after annealing, creates a network similar to a network obtained by crosslinking).
Le SOG peut correspondre au matériau obtenu après un recuit d’une solution liquide contenant du siloxane ou du silicate dans un solvant tel qu’un alcool.SOG can correspond to the material obtained after annealing a liquid solution containing siloxane or silicate in a solvent such as an alcohol.
Un matériau de type sol-gel peut être obtenu à partir de précurseurs organométalliques tels que de l’alcoxyde métallique de silicium ou de titane, se trouvant dans des solutions organiques, permettant d’obtenir du SiO2ou du TiO2.A material of the sol-gel type can be obtained from organometallic precursors such as silicon or titanium metal alkoxide, found in organic solutions, making it possible to obtain SiO 2 or TiO 2 .
Le matériau polymère organique réticulable peut correspondre à l’un des matériaux suivants: époxy, polyuréthane, acrylique, et/ou le SOG peut correspondre à l’un des matériaux suivants: PMMSQ, MSQ, polyquinoxaline, et/ou le matériau inorganique de type sol-gel peut comporter au moins l’un des composés suivants: Al2O3, TiO2, WO3, SiO2, ZrO2.The crosslinkable organic polymer material may correspond to one of the following materials: epoxy, polyurethane, acrylic, and/or the SOG may correspond to one of the following materials: PMMSQ, MSQ, polyquinoxaline, and/or the inorganic material of sol-gel may comprise at least one of the following compounds: Al 2 O 3 , TiO 2 , WO 3 , SiO 2 , ZrO 2 .
Il est également possible que la couche de protection 116 corresponde à une couche laminée de PET ou de tout autre matériau adapté à la réalisation de cette couche 116. D’autres matériaux sont envisageables pour cette couche 116, comme par exemple du polyimide, du PVDF et/ou ses copolymères, du PMMA, etc. Le ou les matériaux utilisés ainsi que l’épaisseur de la couche 116 sont choisis pour obtenir un bon transfert de la chaleur depuis une face avant 118 du capteur 100 vers les capacités pyroélectriques des pixels 102. Ainsi, la couche de protection 116 est réalisée telle qu’elle ne soit ni trop thermiquement résistive (car la chaleur ne la traverserait pas), ni trop thermiquement conductrice (car la chaleur partirait dans ce cas sur les côtés, vers les autres pixels, provoquant de la diathermie au sein du capteur 100), ni trop épaisse (pour avoir un transfert de chaleur s’opérant depuis la face avant 118 du capteur 100 vers les capacités pyroélectriques), ni trop fine (l’épaisseur de la couche 116 doit tout de même être suffisante pour que son rôle de protection soit rempli). L’épaisseur de la couche de protection 116 peut être comprise entre environ 1 micron et environ 10 µm, et est par exemple comprise entre environ 3 µm et 5 µm, par exemple égale à environ 5 µm.It is also possible for the protective layer 116 to correspond to a laminated layer of PET or any other material suitable for producing this layer 116. Other materials can be envisaged for this layer 116, such as for example polyimide, PVDF and/or its copolymers, PMMA, etc. The material(s) used as well as the thickness of layer 116 are chosen to obtain good heat transfer from a front face 118 of sensor 100 to the pyroelectric capacitors of pixels 102. Thus, protective layer 116 is made as that it is neither too thermally resistive (because the heat would not pass through it), nor too thermally conductive (because the heat would in this case leave on the sides, towards the other pixels, causing diathermy within the sensor 100) , neither too thick (to have a heat transfer taking place from the front face 118 of the sensor 100 towards the pyroelectric capacitors), nor too thin (the thickness of the layer 116 must all the same be sufficient for its role of protection is fulfilled). The thickness of the protective layer 116 can be between about 1 micron and about 10 μm, and is for example between about 3 μm and 5 μm, for example equal to about 5 μm.
La face supérieure 118 de la couche de protection 116 correspond à la surface sur laquelle se trouve l’élément dont le motif thermique est destiné à être détecté, par exemple un doigt dont l’empreinte est destinée à être détectée.The upper face 118 of the protective layer 116 corresponds to the surface on which is located the element whose thermal pattern is intended to be detected, for example a finger whose imprint is intended to be detected.
Lorsque les matériaux pyroélectriques des premières portions 108 et/ou des deuxièmes portions 110 sont des matériaux ferroélectriques, ces matériaux sont soumis, une fois pour toute la durée de vie des capacités pyroélectriques, à une étape de polarisation initiale consistante à les soumettre à un champ électrique important permettant d’orienter les dipôles de ces matériaux, pour que ces matériaux acquièrent leurs propriétés pyroélectriques (et aussi piézoélectriques). Un tel champ électrique est par exemple compris entre environ 80 et 120 volts par micron d’épaisseur du matériau pyroélectrique lorsque le matériau pyroélectrique correspond à du PVDF ou un copolymère de P(VDF-TrFe). Les molécules à l’intérieur du matériau pyroélectrique s’orientent, et restent orientées ainsi, même lorsque le matériau pyroélectrique n’est plus soumis à ce champ électrique. Le matériau pyroélectrique des premières portions 108 peut être ainsi polarisé en appliquant une telle tension de polarisation aux bornes des premières et deuxièmes portions électriquement conductrices 106, 110, et celui des deuxièmes portions 112 peut être polarisé en appliquant une telle tension de polarisation aux bornes des deuxièmes et troisièmes portions électriquement conductrices 110, 114.When the pyroelectric materials of the first portions 108 and/or of the second portions 110 are ferroelectric materials, these materials are subjected, once and for the entire lifetime of the pyroelectric capacitors, to an initial polarization step consisting in subjecting them to a field important electric allowing to direct the dipoles of these materials, so that these materials acquire their pyroelectric properties (and also piezoelectric). Such an electric field is for example between approximately 80 and 120 volts per micron of thickness of the pyroelectric material when the pyroelectric material corresponds to PVDF or a copolymer of P(VDF-TrFe). The molecules inside the pyroelectric material orient themselves, and remain so oriented, even when the pyroelectric material is no longer subjected to this electric field. The pyroelectric material of the first portions 108 can thus be polarized by applying such a polarization voltage to the terminals of the first and second electrically conductive portions 106, 110, and that of the second portions 112 can be polarized by applying such a polarization voltage to the terminals of the second and third electrically conductive portions 110, 114.
Cette polarisation initiale par tension continue peut se faire à une température ambiante ou à chaud (jusqu’à environ 100°C). Lorsque la polarisation initiale est réalisée à une température ambiante, il est possible d’appliquer une tension continue jusqu’à environ 120 V/µm (c’est-à-dire 120 V par micron d’épaisseur de matériau pyroélectrique) pendant une durée par exemple comprise entre quelques secondes et quelques minutes. Lorsque la polarisation initiale est réalisée à chaud, par exemple à une température d’environ 90°C, une tension continue par exemple comprise entre environ 50 et 80 V/µm peut être appliquée pendant une durée par exemple comprise entre environ 1 min et 5 min. La température est ensuite abaissée jusqu’à atteindre la température ambiante, puis le champ électrique appliqué sur le matériau pyroélectrique, via la tension continue appliquée, est stoppé. Un telle polarisation initiale permet par exemple à du PVDF d’avoir un coefficient pyroélectrique compris entre environ 30 et 45µC/(m².K).This initial polarization by DC voltage can be done at room temperature or hot (up to about 100°C). When the initial polarization is carried out at an ambient temperature, it is possible to apply a DC voltage up to approximately 120 V/μm (that is to say 120 V per micron of thickness of pyroelectric material) for a duration for example between a few seconds and a few minutes. When the initial polarization is carried out hot, for example at a temperature of approximately 90° C., a direct voltage for example comprised between approximately 50 and 80 V/μm can be applied for a duration for example comprised between approximately 1 min and 5 min. The temperature is then lowered until it reaches ambient temperature, then the electric field applied to the pyroelectric material, via the applied DC voltage, is stopped. Such an initial polarization allows for example PVDF to have a pyroelectric coefficient between approximately 30 and 45µC/(m².K).
Une telle polarisation initiale peut être réalisée sur les premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 avant la première utilisation du capteur 100. Dans ce cas, les deux capacités pyroélectriques de chaque pixel 102 sont fonctionnelles. Cette polarisation initiale peut être identique pour les premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112, orientant ainsi les dipôles des matériaux des premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 selon une même direction, ou être différente pour que les dipôles des matériaux des premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 soient orientés selon des directions différentes. Cette orientation différente des dipôles des matériaux des premières et deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 108, 112 est obtenue en appliquant des tensions de polarisation de signes différents sur ces matériaux.Such an initial polarization can be performed on the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 before the first use of the sensor 100. In this case, the two pyroelectric capacitors of each pixel 102 are functional. This initial polarization can be identical for the first and second portions of pyroelectric material 108, 112, thus orienting the dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 along the same direction, or be different so that the dipoles of the materials first and second portions of pyroelectric material 108, 112 are oriented in different directions. This different orientation of the dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 is obtained by applying bias voltages of different signs to these materials.
En variante, il est possible que, dans chaque pixel 102, seule l’une des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique 108, 112 subisse une telle polarisation initiale avant la première utilisation du capteur 100. Dans ce cas, les portions de matériau pyroélectrique qui n’ont pas subies cette polarisation initiale forment des éléments pyroélectriques de secours pouvant être activés ultérieurement en cas de dégradation des capacités pyroélectriques fonctionnelles des pixels 102, c’est-à-dire des capacités pyroélectriques formées par les portions de matériau pyroélectrique auxquelles une polarisation initiale a été appliquée avant la première utilisation du capteur 100.As a variant, it is possible that, in each pixel 102, only one of the first and second portions of pyroelectric material 108, 112 undergoes such an initial polarization before the first use of the sensor 100. In this case, the portions of pyroelectric material which have not undergone this initial polarization form emergency pyroelectric elements that can be activated subsequently in the event of degradation of the functional pyroelectric capacities of the pixels 102, that is to say pyroelectric capacities formed by the portions of pyroelectric material to which a Initial bias was applied before the first use of sensor 100.
Dans le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus, les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 sont formées par une couche continue de matériau électriquement conducteur, et les troisièmes portions électriquement conductrices 114 sont formées par les deuxièmes bandes électriquement conductrices parallèles et espacées les unes des autres. En variante, il est possible que les structures des deuxièmes et troisièmes portions électriquement conductrices 110, 114 soient inversées, c’est-à-dire que les troisièmes portions électriquement conductrices 114 soient formées par une couche continue de matériau électriquement conducteur, et que les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 soient formées par les deuxièmes bandes électriquement conductrices telles que précédemment décrites. Dans cette variante, la génération des charges électriques est alors assurée par les premières portions de matériau pyroélectrique 108, et la deuxième couche de matériau pyroélectrique formant les deuxièmes portions pyroélectriques 112 sert de couche d’isolation électrique entre les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 et la couche conductrice qui forme les troisièmes portions 114 et qui sert de couche de blindage électromagnétique.In the particular embodiment described above, the second electrically conductive portions 110 are formed by a continuous layer of electrically conductive material, and the third electrically conductive portions 114 are formed by the second electrically conductive strips parallel and spaced from each other. . As a variant, it is possible for the structures of the second and third electrically conductive portions 110, 114 to be reversed, that is to say for the third electrically conductive portions 114 to be formed by a continuous layer of electrically conductive material, and for the second electrically conductive portions 110 are formed by the second electrically conductive strips as previously described. In this variant, the generation of electric charges is then provided by the first portions of pyroelectric material 108, and the second layer of pyroelectric material forming the second pyroelectric portions 112 serves as an electrical insulation layer between the second electrically conductive portions 110 and the conductive layer which forms the third portions 114 and which serves as an electromagnetic shielding layer.
De manière avantageuse, le capteur 100 correspond à un capteur réalisé en technologie dite imprimée, c’est-à-dire dans lequel au moins une partie des différents éléments présents sur le substrat 104 sont déposés par la mise en œuvre de techniques d’impression: sérigraphie, héliogravure, jet d’encre, flexographie, ou encore gravure offset, et faisant appel à des encres compatibles avec ces techniques de dépôt.Advantageously, the sensor 100 corresponds to a sensor produced in so-called printed technology, that is to say in which at least some of the various elements present on the substrate 104 are deposited by the implementation of printing techniques. : screen printing, rotogravure, inkjet, flexography, or even offset engraving, and using inks compatible with these deposit techniques.
Un exemple de procédé de fabrication du capteur de motif thermique 100 est décrit ci-dessous.An exemplary method of manufacturing heat pattern sensor 100 is described below.
Le capteur 100 est réalisé à partir du substrat 104. Le matériau du substrat 104 (verre, semi-conducteur, plastique, etc.) est choisi selon la technologie avec laquelle les différents éléments du capteur 100 sont réalisés. Le substrat 104 est tout d’abord nettoyé afin d’éliminer les résidus organiques présents sur celui-ci. Le type de nettoyage mis en œuvre est fonction du matériau du substrat 104.The sensor 100 is made from the substrate 104. The material of the substrate 104 (glass, semiconductor, plastic, etc.) is chosen according to the technology with which the various elements of the sensor 100 are made. The substrate 104 is first cleaned in order to eliminate the organic residues present thereon. The type of cleaning implemented depends on the material of the substrate 104.
Une deuxième étape consiste à former, sur la face avant 105 du substrat 104, les première portions électriquement conductrices 106, par exemple par impression d’une encre électriquement conductrice (par exemple sérigraphie, pulvérisation («spray» en anglais) ou par jet d’encre). En variante, les premières portions électriquement conductrices 106 peuvent être formées par un dépôt d’une première couche électriquement conductrice, par exemple métallique, à partir de laquelle ces premières portions 106 sont réalisées par photolithographie et gravure de cette première couche électriquement conductrice. Par exemple, pour la réalisation de premières portions électriquement conductrices 106 comportant de l’aluminium, ces premières portions 106 sont formées en réalisant un dépôt d’une couche d’aluminium ayant une épaisseur par exemple égale à environ 170 nm, cette couche étant ensuite soumise à une photolithographie puis gravée pour former les premières portions électriquement conductrices 106.A second step consists in forming, on the front face 105 of the substrate 104, the first electrically conductive portions 106, for example by printing an electrically conductive ink (for example screen printing, spraying ("spray" in English) or by jet of 'ink). As a variant, the first electrically conductive portions 106 can be formed by depositing a first electrically conductive layer, for example metallic, from which these first portions 106 are produced by photolithography and etching of this first electrically conductive layer. For example, for the production of first electrically conductive portions 106 comprising aluminum, these first portions 106 are formed by depositing a layer of aluminum having a thickness for example equal to approximately 170 nm, this layer then being subjected to photolithography then etched to form the first electrically conductive portions 106.
Le matériau pyroélectrique destiné à former les premières portions 108 est ensuite déposé, par exemple par impression, sous la forme d’une première couche recouvrant les premières portions électriquement conductrices 106 et les parties de la face 105 du substrat 104 non recouvertes par les premières portions électriquement conductrices 106.The pyroelectric material intended to form the first portions 108 is then deposited, for example by printing, in the form of a first layer covering the first electrically conductive portions 106 and the parts of the face 105 of the substrate 104 not covered by the first portions. electrically conductive 106.
La couche électriquement conductrice destinée à former les deuxièmes portions électriquement conductrices 110 est ensuite déposée sur la première couche de matériau pyroélectrique précédemment déposée.The electrically conductive layer intended to form the second electrically conductive portions 110 is then deposited on the first layer of pyroelectric material previously deposited.
Le matériau pyroélectrique destiné à former les deuxièmes portions 112 est ensuite déposé, par exemple par impression, sous la forme d’une deuxième couche recouvrant la couche électriquement conductrice précédemment déposée.The pyroelectric material intended to form the second portions 112 is then deposited, for example by printing, in the form of a second layer covering the previously deposited electrically conductive layer.
Les troisièmes portions électriquement conductrices 114 sont ensuite déposées, par exemple par impression, comme précédemment décrit pour les premières portions électriquement conductrices 106.The third electrically conductive portions 114 are then deposited, for example by printing, as previously described for the first electrically conductive portions 106.
La couche de protection 116 est ensuite formée sur les pixels 102, et plus particulièrement déposée sur les troisièmes portions électriquement conductrices 114 ainsi que des parties de la deuxième couche pyroélectrique (formant les deuxièmes portions 112) non recouvertes par les troisièmes portions électriquement conductrices 114.The protective layer 116 is then formed on the pixels 102, and more particularly deposited on the third electrically conductive portions 114 as well as parts of the second pyroelectric layer (forming the second portions 112) not covered by the third electrically conductive portions 114.
Lorsque le matériau diélectrique de la couche de protection 116 est réticulable, correspondant par exemple à un polymère, ce matériau est déposé puis réticulé, par exemple par recuit(s), afin de former la couche de protection 116. Le dépôt mis en œuvre correspond par exemple à un dépôt par enduction centrifuge, ou «spin coating».When the dielectric material of the protective layer 116 is crosslinkable, corresponding for example to a polymer, this material is deposited then crosslinked, for example by annealing(s), in order to form the protective layer 116. The deposit implemented corresponds for example to a deposition by centrifugal coating, or “spin coating”.
Deux types de procédés chimiques peuvent être mis en œuvre pour réticuler et durcir le ou les matériaux formant la couche de protection 116 : la réticulation thermique et la photo-réticulation.Two types of chemical processes can be implemented to crosslink and harden the material(s) forming the protective layer 116: thermal crosslinking and photo-crosslinking.
La réticulation thermique a pour avantage d’être l'un des moyens les plus efficaces pour polymériser les films durs. En effet, l'énergie d'activation de l'amorceur se présente sous forme de chaleur. Le procédé consiste donc à chauffer un mélange amorceur/polymère à une température à laquelle l’amorceur se décompose et enclenche la réticulation du système.Thermal crosslinking has the advantage of being one of the most efficient ways to cure hard films. Indeed, the activation energy of the initiator is in the form of heat. The process therefore consists in heating an initiator/polymer mixture to a temperature at which the initiator decomposes and triggers the crosslinking of the system.
La photo-réticulation est l'une des voies les plus rapides et les plus économiques pour polymériser des résines. Elle permet de transformer un matériau liquide en un matériau dur faiblement ou fortement réticulé. L'activation photochimique se fait généralement par une irradiation dans le domaine UV après l’ajout d’un photo-amorceur aux monomères. Les espèces réactives du photo-amorceur générées par l'irradiation vont réagir avec le monomère multifonctionnel. A la suite de l'activation du photo-amorceur, et en fonction des espèces actives générées, deux types de photo-réticulation peuvent être définis :Photo-curing is one of the fastest and most economical ways to polymerize resins. It makes it possible to transform a liquid material into a weakly or strongly crosslinked hard material. Photochemical activation is generally done by irradiation in the UV range after adding a photoinitiator to the monomers. The reactive species of the photoinitiator generated by the irradiation will react with the multifunctional monomer. Following the activation of the photo-initiator, and depending on the active species generated, two types of photo-crosslinking can be defined:
- une photo-réticulation radicalaire quand les espèces actives générées sont des radicaux libres capables de réagir avec le monomère de base. Cela concerne par exemple les monomères ayant des doubles liaisons ou un cycle pouvant s'ouvrir par réaction avec un radical actif, comme notamment les acrylates, les méthacrylates, les polyesters insaturés et les polymères téléchéliques possédant des structures polyuréthane, polyester, polyéther, époxy ou polysiloxane.- radical photo-crosslinking when the active species generated are free radicals capable of reacting with the base monomer. This concerns, for example, monomers having double bonds or a ring that can be opened by reaction with an active radical, such as in particular acrylates, methacrylates, unsaturated polyesters and telechelic polymers having polyurethane, polyester, polyether, epoxy or epoxy structures. polysiloxane.
- une photo-réticulation cationique quand les espèces actives générées ont des cations possédant des temps de vie suffisamment longs pour permettre la formation de produits de masse molaire élevée. Les monomères adaptés pour ce type de polymérisation sont par exemple les époxydes et les éthers vinyliques.- cationic photo-crosslinking when the active species generated have cations with sufficiently long life times to allow the formation of products of high molar mass. Monomers suitable for this type of polymerization are, for example, epoxides and vinyl ethers.
Lorsque le ou les matériaux pyroélectriques utilisés pour former les portions 108 et 112 correspondent à un ou des matériaux ferroélectriques, une polarisation initiale telle que précédemment décrite est réalisée avant la première utilisation du capteur 100 pour conférer les propriétés pyroélectriques à ces portions. Il est possible soit de polariser les matériaux formant les portions 108, 112 avant la première utilisation du capteur 100, soit de polariser uniquement les portions 108 ou 112 qui sont destinées à générer les charges électriques, les portions non polarisées servant dans ce cas d’éléments de secours qui seront polarisés ultérieurement en cas de défaillance des portions pyroélectriques initialement polarisées.When the pyroelectric material or materials used to form the portions 108 and 112 correspond to one or more ferroelectric materials, an initial polarization as previously described is carried out before the first use of the sensor 100 to confer the pyroelectric properties on these portions. It is possible either to polarize the materials forming the portions 108, 112 before the first use of the sensor 100, or to polarize only the portions 108 or 112 which are intended to generate the electric charges, the unpolarized portions serving in this case as emergency elements which will be subsequently polarized in the event of failure of the initially polarized pyroelectric portions.
Dans les différents exemples décrits précédemment, le capteur de motif thermique 100 est utilisé en tant que détecteur d’empreinte digitale. Toutefois, le capteur 100 peut être utilisé pour former un capteur d’empreinte palmaire, notamment lorsque le capteur 100 a des dimensions importantes et est réalisé par impression sur un substrat souple. Le capteur 100 peut également être adapté pour réaliser une détection de motifs thermiques autres que des empreintes digitales, du fait que chaque pixel 102 du capteur 100 lit la capacité calorifique placée au-dessus de lui et cela quelle que soit la nature du motif thermique.In the various examples described previously, the thermal pattern sensor 100 is used as a fingerprint detector. However, the sensor 100 can be used to form a palm print sensor, in particular when the sensor 100 has large dimensions and is produced by printing on a flexible substrate. The sensor 100 can also be adapted to carry out a detection of thermal patterns other than fingerprints, because each pixel 102 of the sensor 100 reads the heat capacity placed above it and this regardless of the nature of the thermal pattern.
Le capteur 100 est particulièrement adapté à une réalisation telle que la distance entre la surface supérieure 118 du capteur 100 et les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 soit plus grande que la distance entre deux pixels 102 voisins. Il est préférable que la distance entre la surface supérieure 118 du capteur 100 et les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 ne soit pas inférieure à environ 10 fois le pitch (distance entre deux pixels 102 voisins) des pixels 102. Par exemple, pour un capteur 100 dont le pitch est compris entre environ 50 microns et 80 microns, il est préférable que la distance entre la surface supérieure 118 du capteur 100 et les deuxièmes portions de matériau pyroélectrique 112 soit supérieure à environ 10 µm.The sensor 100 is particularly suitable for an embodiment such that the distance between the upper surface 118 of the sensor 100 and the second portions of pyroelectric material 112 is greater than the distance between two neighboring pixels 102. It is preferable that the distance between the upper surface 118 of the sensor 100 and the second portions of pyroelectric material 112 not be less than approximately 10 times the pitch (distance between two neighboring pixels 102) of the pixels 102. For example, for a sensor 100 whose pitch is between approximately 50 microns and 80 microns, it is preferable that the distance between the upper surface 118 of the sensor 100 and the second portions of pyroelectric material 112 be greater than approximately 10 μm.
De plus, le capteur de motif thermique 100 peut également servir à la réalisation d’un imageur infrarouge non refroidi. Les pixels 102 du capteur 100 sont dans ce cas intégrés sur un circuit intégré de type CCD ou CMOS collectant les charges électriques générées par le capteur 100. Un tel imageur comporte en outre une lentille infrarouge filtrant la lumière arrivant sur le capteur 100. Afin que le capteur 100 puisse être soumis à une différence de températures (nécessaire compte tenu de la mesure réalisée par les capacités pyroélectriques), l’imageur comporte un dispositif permettant successivement de bloquer la lumière infrarouge arrivant sur le capteur 100 puis de laisser passer cette lumière. Un tel dispositif peut correspondre à un «chopper», c’est-à-dire une roue munie d’un trou et tournant devant le capteur 100. Un élément absorbeur peut être ajouté sur le matériau pyroélectrique afin d’améliorer l’absorption du rayonnement infrarouge reçu.In addition, the thermal pattern sensor 100 can also be used to produce an uncooled infrared imager. The pixels 102 of the sensor 100 are in this case integrated on a CCD or CMOS type integrated circuit collecting the electric charges generated by the sensor 100. Such an imager also comprises an infrared lens filtering the light arriving on the sensor 100. So that the sensor 100 can be subjected to a temperature difference (necessary taking into account the measurement carried out by the pyroelectric capacitors), the imager comprises a device making it possible successively to block the infrared light arriving on the sensor 100 then to allow this light to pass. Such a device can correspond to a "chopper", that is to say a wheel provided with a hole and rotating in front of the sensor 100. An absorber element can be added to the pyroelectric material in order to improve the absorption of the infrared radiation received.
Claims (14)
- une première portion électriquement conductrice (106) disposée sur une face (105) d’un substrat (104);
- une première portion de matériau pyroélectrique (108) telle que la première portion électriquement conductrice (106) soit disposée entre la première portion de matériau pyroélectrique (108) et le substrat (104);
- une deuxième portion électriquement conductrice (110) telle que la première portion de matériau pyroélectrique (108) soit disposée entre les première et deuxième portions électriquement conductrices(106, 110) ;
- une deuxième portion de matériau pyroélectrique (112) telle que la deuxième portion électriquement conductrice (110) soit disposée entre les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112);
- une troisième portion électriquement conductrice (114) telle que la deuxième portion de matériau pyroélectrique (112) soit disposée entre les deuxième et troisième portions électriquement conductrices (110, 114).Thermal pattern sensor (100) comprisingan array of pixels (102), each pixel (102) comprisingat least:
- a first electrically conductive portion (106) arranged on one face (105) of a substrate (104);
- a first portion of pyroelectric material (108) such that the first electrically conductive portion (106) is placed between the first portion of pyroelectric material (108) and the substrate (104);
- a second electrically conductive portion (110) such that the first portion of pyroelectric material (108) is placed between the first and second electrically conductive portions (106, 110);
- a second portion of pyroelectric material (112) such that the second electrically conductive portion (110) is placed between the first and second portions of pyroelectric material (108, 112);
- a third electrically conductive portion (114) such that the second portion of pyroelectric material (112) is placed between the second and third electrically conductive portions (110, 114).
- des dipôles du matériau de l’une seulement des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112) sont orientés selon une direction définie par une polarisation initiale de ladite une des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112), ou
- des dipôles des matériaux des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112) sont orientés selon une même direction définie par une polarisation initiale des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112), ou
- des dipôles des matériaux des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112) sont orientés selon des directions différentes définies par des polarisations initiales des première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112).Sensor (100) according to one of the preceding claims, in which, in each pixel (102):
- dipoles of the material of only one of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112) are oriented in a direction defined by an initial polarization of said one of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112), Or
- dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112) are oriented in the same direction defined by an initial polarization of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112), or
- dipoles of the materials of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112) are oriented in different directions defined by initial polarizations of the first and second portions of pyroelectric material (108, 112).
- les premières portions électriquement conductrices (106) des pixels (102) sont formées par des premières bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres, chaque première bande de matériau électriquement conducteur formant les premières portions électriquement conductrices (106) de tous les pixels (102) d’une même ligne de la matrice de pixels (102), et
- les troisièmes portions électriquement conductrices (114) des pixels (102) sont formées par des deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres et orientées perpendiculairement aux premières bandes de matériau électriquement conducteur, chaque deuxième bande de matériau électriquement conducteur formant les troisièmes portions électriquement conductrices (114) de tous les pixels (102) d’une même colonne de la matrice de pixels (102).Sensor (100) according to one of the preceding claims, in which:
- the first electrically conductive portions (106) of the pixels (102) are formed by first strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other, each first strip of electrically conductive material forming the first electrically conductive portions (106) of all the pixels (102) of a same row of the pixel array (102), and
- the third electrically conductive portions (114) of the pixels (102) are formed by second strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other and oriented perpendicular to the first strips of electrically conductive material, each second strip of electrically conductive material forming the third electrically conductive portions (114) of all the pixels (102) of a same column of the matrix of pixels (102).
- les premières bandes de matériau électriquement conducteur forment des électrodes de lecture des pixels (102) et les deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur forment des éléments chauffants des pixels (102), ou
- les deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur forment des électrodes de lecture des pixels (102) et les premières bandes de matériau électriquement conducteur forment des éléments chauffants des pixels (102).A sensor (100) according to claim 6, wherein:
- the first strips of electrically conductive material form pixel reading electrodes (102) and the second strips of electrically conductive material form pixel heating elements (102), or
- the second strips of electrically conductive material form pixel reading electrodes (102) and the first strips of electrically conductive material form pixel heating elements (102).
- le substrat (104) comprend au moins un matériau plastique, et/ou
- les premières et troisièmes portions électriquement conductrices (106, 114) comportent au moins l’un des matériaux suivants: argent, or, cuivre, nickel, carbone, graphène, polymère conducteur, et/ou
- les deuxièmes portions électriquement conductrices (110) comportent du PEDOT:PSS.Sensor (100) according to one of the preceding claims, in which:
- the substrate (104) comprises at least one plastic material, and/or
- the first and third electrically conductive portions (106, 114) comprise at least one of the following materials: silver, gold, copper, nickel, carbon, graphene, conductive polymer, and/or
- the second electrically conductive portions (110) comprise PEDOT:PSS.
- réalisation de premières portions électriquement conductrices (106) sur une face (105) d’un substrat(104), chaque pixel (102) comprenant l’une des premières portions électriquement conductrices (106) ;
- réalisation d’une première couche de matériau pyroélectrique sur les premières portions électriquement conductrices (106), formant dans chaque pixel (102) une première portion de matériau pyroélectrique (108) telle que la première portion électriquement conductrice (106) du pixel (102) soit disposée entre la première portion de matériau pyroélectrique (108) du pixel (102) et le substrat (104);
- réalisation d’une couche électriquement conductrice sur la première couche de matériau pyroélectrique, formant dans chaque pixel (102) une deuxième portion électriquement conductrice (110) telle que la première portion de matériau pyroélectrique (108) du pixel (102) soit disposée entre les première et deuxième portions électriquement conductrices(106, 110) du pixel (102) ;
- réalisation d’une deuxième couche de matériau pyroélectrique sur la couche électriquement conductrice, formant dans chaque pixel (102) une deuxième portion de matériau pyroélectrique (112) telle que la deuxième portion électriquement conductrice (110) du pixel (102) soit disposée entre les première et deuxième portions de matériau pyroélectrique (108, 112) du pixel (102) ;
- réalisation de troisièmes portions électriquement conductrices (114) sur la deuxième couche de matériau pyroélectrique,chaque pixel (102) comprenant l’une des troisièmes portions électriquement conductrices (114) telle que la deuxième portion de matériau pyroélectrique (112) du pixel (102) soit disposée entre les deuxième et troisième portions électriquement conductrices (110, 114) du pixel (102).Method for producing a thermal pattern sensor (100) comprising a matrix of pixels (102), comprising the implementation of the following steps:
- production of first electrically conductive portions (106) on one face (105) of a substrate (104), each pixel (102) comprising one of the first electrically conductive portions (106);
- production of a first layer of pyroelectric material on the first electrically conductive portions (106), forming in each pixel (102) a first portion of pyroelectric material (108) such as the first electrically conductive portion (106) of the pixel (102 ) is disposed between the first portion of pyroelectric material (108) of the pixel (102) and the substrate (104);
- production of an electrically conductive layer on the first layer of pyroelectric material, forming in each pixel (102) a second electrically conductive portion (110) such that the first portion of pyroelectric material (108) of the pixel (102) is placed between the first and second electrically conductive portions (106, 110) of the pixel (102);
- production of a second layer of pyroelectric material on the electrically conductive layer, forming in each pixel (102) a second portion of pyroelectric material (112) such that the second electrically conductive portion (110) of the pixel (102) is placed between the first and second portions of pyroelectric material (108, 112) of the pixel (102);
- production of third electrically conductive portions (114) on the second layer of pyroelectric material, each pixel (102) comprising one of the third electrically conductive portions (114) such as the second portion of pyroelectric material (112) of the pixel (102) ) is disposed between the second and third electrically conductive portions (110, 114) of the pixel (102).
- la mise en œuvre d’une polarisation initiale du matériau de l’une seulement des première et deuxième couches de matériau pyroélectrique comportant l’application d’une tension électrique continue entre la couche électriquement conductrice et les premières portions électriquement conductrices (106) ou entre la couche électriquement conductrice et les troisièmes portions électriquement conductrices (114), ou
- la mise en œuvre d’une polarisation initiale des matériaux des première et deuxième couches de matériau pyroélectrique comportant l’application de tensions électriques continues entre la couche électriquement conductrice et les premières portions électriquement conductrices (106) et entre la couche électriquement conductrice et les troisièmes portions électriquement conductrices (114).A method according to claim 10, further comprising, after making the third electrically conductive portions (114):
- the implementation of an initial polarization of the material of only one of the first and second layers of pyroelectric material comprising the application of a DC electric voltage between the electrically conductive layer and the first electrically conductive portions (106) or between the electrically conductive layer and the third electrically conductive portions (114), or
- the implementation of an initial polarization of the materials of the first and second layers of pyroelectric material comprising the application of DC electric voltages between the electrically conductive layer and the first electrically conductive portions (106) and between the electrically conductive layer and the third electrically conductive portions (114).
- les premières portions électriquement conductrices (106) des pixels (102) sont réalisées sous la forme de premières bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres, chaque première bande de matériau électriquement conducteur formant les premières portions électriquement conductrices (106) de tous les pixels (102) d’une même ligne de la matrice de pixels (102), et
- les troisièmes portions électriquement conductrices (114) des pixels (102) sont réalisées sous la forme de deuxièmes bandes de matériau électriquement conducteur parallèles et espacées les unes des autres et orientées perpendiculairement aux premières bandes de matériau électriquement conducteur, chaque deuxième bande de matériau électriquement conducteur formant les troisièmes portions électriquement conductrices (114) de tous les pixels (102) d’une même colonne de la matrice de pixels (102).Method according to one of Claims 10 to 12, in which:
- the first electrically conductive portions (106) of the pixels (102) are made in the form of first strips of electrically conductive material parallel and spaced from each other, each first strip of electrically conductive material forming the first electrically conductive portions (106) of all the pixels (102) of a same row of the pixel matrix (102), and
- the third electrically conductive portions (114) of the pixels (102) are made in the form of second strips of parallel electrically conductive material and spaced from each other and oriented perpendicular to the first strips of electrically conductive material, each second strip of electrically conductive material conductor forming the third electrically conductive portions (114) of all the pixels (102) of a same column of the matrix of pixels (102).
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