DISPOSITIF INFRAROUGE DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un dispositif infrarouge doté d'une source infrarouge. En particulier, la présente invention concerne un dispositif infrarouge destiné à la détection de gaz.

ART ANTÉRIEUR

Les sources infrarouges non-dispersives (« NDI R » ou « Non-Dispersive I nfraRed » selon la terminologie Anglo-Saxonne) sont connues de l'état de la technique, et sont couramment mises en œuvre dans des détecteurs de gaz.

A titre d'exemple, la figure 1 illustre une micro-source infrarouge connue de l'état de la technique et décrite par Barritault et al. [1]. En particulier, la microsource infrarouge comprend un filament métallique formé sur une membrane suspendue par deux bras de suspension.

Le filament métallique, lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, chauffe et émet un rayonnement infrarouge selon la loi du corps noir.

Autrement dit, l'intensité du rayonnement infrarouge augmente avec la température à laquelle le filament métallique est chauffé.

Cette température de fonctionnement de la source infrarouge reste cependant limitée, et ne peut excéder la température de dégradation des éléments constitutifs de la source infrarouge, restreignant de facto l'intensité du rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par ladite source.

L'efficacité de la source infrarouge est éga lement limitée par des pertes par conduction dans l'air qui peuvent intervenir lorsque cette dernière est en fonctionnement. A cet égard, il a pu être proposé de maintenir la source infrarouge sous vide, ou à tout le moins, dans une atmosphère à pression réduite, par exemple à une pression inférieure à 10 ^~2 mbar, afin de réduire les pertes par conduction thermique. Toutefois, un tel agencement n'est toujours pas satisfaisant.

En effet, le rayonnement émis par la source infrarouge reste très dispersé, de sorte que seule une fraction utile dudit rayonnement est effectivement utilisée pour la détection des gaz.

Par ailleurs, dès lors qu'une intensité lumineuse importante est requise, il peut être nécessaire de mettre en œuvre une source infrarouge dont la surface est plus importante.

Un but de la présente invention est alors de proposer un dispositif infrarouge, comprenant une source infrarouge, et présentant une meilleure efficacité que les dispositifs connus de l'état de la technique.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif infrarouge susceptible d'être mis en œuvre pour la détection de gaz sans avoir recours à un détecteur optique.

Un autre but de la présente invention est de proposer un agencement d'une source infrarouge dans le dispositif infrarouge permettant de concevoir un détecteur de gaz dont la sensibilité est améliorée par rapport aux détecteurs de gaz connus de l'état de la technique.

Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif infrarouge couplé à un guide d'onde. En particulier, un but de la présente invention est de proposer un dispositif infrarouge dont la majeure partie du rayonnement infrarouge émis est couplé au guide d'onde.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Les but de l'invention sont, au moins en partie, atteints par un dispositif infrarouge destiné à générer un rayonnement infrarouge, ledit dispositif comprenant :

- un élément principal comprenant une surface extérieure et une surface intérieure, la surface intérieure définissant une cavité ;

- au moins un élément résistif destiné à émettre un rayonnement infrarouge lorsqu'il est parcouru par un courant, ledit au moins un élément résistif étant maintenu en suspension, par au moins deux bras de suspension, dans la cavité, lesdits bras de suspension étant agencés pour établir un contact électrique entre l'élément résistif et deux bornes de connexion disposées à l'extérieur de la cavité,

la surface extérieure et/ou la surface intérieure sont, au moins en partie, revêtues d'un revêtement réfléchissant, ledit revêtement réfléchissant présentant un coefficient de réflectivité d'au moins 90%, préférentiellement d'au moins 95%, encore plus préférentiellement d'au moins 99%, dans le domaine de longueurs d'ondes infrarouges susceptibles d'être émises par l'au moins un élément résistif, le revêtement réfléchissant est également agencé de sorte que le rayonnement infrarouge émit par l'élément résistif et réfléchi par ledit revêtement, est, au moins en partie, absorbé par l'élément résistif.

Selon un mode de mise en œuvre, l'au moins un élément résistif est dans un environnement maintenu à une pression inférieure à 10 ^~2 mbar, préférentiellement comprise entre 10 ^~3 mbar et 10 ^~2 mbar.

Selon un mode de mise en œuvre, l'élément principal comprend deux sous-éléments dits, respectivement, premier sous-élément et second sous-élément, agencés de manière à former la cavité, et définissant chacun un premier sous-volume et un second sous-volume de ladite cavité, les deux sous-éléments étant liés entre eux par une liaison hermétique.

Selon un mode de mise en œuvre, les deux bras de suspension sont maintenus au niveau de la liaison hermétique, et s'étendent en direction de l'élément résistif.

Selon un mode de mise en œuvre, un guide d'onde est couplé, selon une première extrémité dudit guide d'onde, à la cavité au niveau d'une ouverture traversante formée sur le revêtement réfléchissant, et de sorte qu'un rayonnement infrarouge diffusant au niveau de l'ouverture traversante hors de la cavité soit, au moins en partie, guidé par ledit guide d'onde, ledit revêtement réfléchissant étant agencé de sorte que seul le rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par l'élément résistif et traversant l'ouverture traversante diffuse hors de la cavité. Selon un mode de mise en œuvre, la première extrémité du guide d'onde est en affleurement avec la surface intérieure et en correspondance avec l'ouverture traversante.

Selon un mode de mise en œuvre, la première extrémité du guide d'onde est à une distance prédéterminée de la surface intérieure, la distance prédéterminée étant avantageusement inférieure à une longueur d'onde du rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par l'élément résistif, et destiné à être guidé par ledit guide d'onde.

Selon un mode de réalisation, le premier sous-élément est fait d'un matériau transparent au rayonnement infrarouge.

Selon un mode de réalisation, le revêtement réfléchissant comprend une première partie de revêtement recouvrant la surface intérieur (210b) au niveau du premier sous élément.

Selon un mode de mise en œuvre, le guide d'onde s'étend, à partir de la première extrémité, selon une direction essentiellement perpendiculaire à la direction normale définie par la section de surface intérieure en correspondance avec l'ouverture traversante.

Selon un mode de mise en œuvre, le revêtement réfléchissant comprend une seconde partie de revêtement recouvrant l'une ou l'autre des surfaces intérieure et extérieure au niveau du second sous-élément.

Selon un mode de mise en œuvre, le guide d'onde est compris dans l'élément principal.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif infrarouge comprend en outre une membrane transparente au rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par l'élément résistif, ladite membrane séparant de manière hermétique le volume de la cavité en deux sections volumiques dites, respectivement, première section volumique et seconde section volumique, l'élément principal comprend au moins une, avantageusement deux, ouvertures débouchant au niveau de la première section volumique et destinées à assurer l'écoulement d'un gaz ou d'un liquide dans ladite première section volumique, l'élément résistif est disposé dans la seconde section volumique.

Selon un mode de mise en œuvre, le dispositif infrarouge comprend en outre des moyens de détection de changement de température de l'élément résistif.

Selon un mode de mise en œuvre, l'élément principal comporte les deux bornes de connexion.

Selon un mode de mise en œuvre, l'élément résistif comprend un filament métallique, avantageusement, le filament métallique est intercalé entre deux couches diélectriques, en plus avantageusement, l'empilement comprenant le filament métallique intercalé entre les deux couches diélectriques est disposé sur un support mécanique.

Selon un mode de mise en œuvre, le premier sous-élément et le second sous-élément comprennent un matériau semi-conducteur, le matériau semi-conducteur étant avantageusement du silicium.

Selon un mode de mise en œuvre, la liaison hermétique entre le premier sous-élément et le second sous-élément est un collage métal-métal, ou une soudure eutectique, avantageusement la soudure eutectique est réalisée avec du silicium et de l'or, ou Au et In, ou Cu et Sn, ou Au et Sn, ou Au et Ge, ou Al et Ge.

Selon un mode de mise en œuvre, l'élément résistif est pourvu d'un filtre adapté pour sélectionner une gamme spectrale du rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par ledit élément résistif.

Selon un mode de réalisation, l'élément principal est fait, au moins en partie, d'un matériau transparent au rayonnement infrarouge.

L'invention concerne également l'utilisation du dispositif infrarouge pour la détection et l'identification de gaz et/de liquide.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre des modes de réalisation du dispositif infrarouge, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un élément résistif connu de l'état de la technique,

- la figure 2a est une représentation schématique selon un plan de coupe du dispositif infrarouge selon une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 2b est une représentation schématique selon un plan de coupe du dispositif infrarouge selon une seconde variante du premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 3 est une représentation schématique selon un plan de coupe du dispositif infrarouge selon un second mode de réalisation de l'invention,

- la figure 4 est une représentation en perspective d'un élément résistif susceptible d'être mis en œuvre dans la présente invention,

- la figure 5 est une représentation graphique de l'atténuation du rayonnement infrarouge (axe vertical) en fonction de l'indice imaginaire d'absorption du gaz k, la courbe en traits pointillés représente l'atténuation dans un dispositif infrarouge dépourvu de revêtement réfléchissant, tandis que la courbe en trait plein considère la présence d'un revêtement réfléchissant,

- les figures 6a-6f sont des représentations schématiques des étapes d'un procédé de fabrication du dispositif infrarouge selon la première variante du premier mode de réalisation de l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L'invention décrite de manière détaillée ci-dessous met œuvre un dispositif infrarouge comprenant un élément résistif en suspension dans une cavité formée dans un élément principal, et susceptible d'émettre un rayonnement infrarouge lorsqu'il est parcouru par un courant électrique. En particulier, l'élément principal est recouvert, au moins en partie, sur sa surface externe et/ou sa surface interne par un revêtement réfléchissant. La mise en œuvre du revêtement réfléchissant permet de confiner, au moins en partie, un rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif dans la cavité. Sur les figures 2a, 2b, 3, et 4 on peut voir des exemples de mises en œuvre d'un dispositif infrarouge 100 selon l'invention.

Le dispositif infrarouge 100 comprend un élément principal 200.

L'élément principal 200 comprend une surface extérieure 210a (ou paroi extérieure) et une surface intérieure 210b (ou paroi intérieure). En particulier, la surface intérieure 210b délimite le volume d'une cavité 220.

Par « surface intérieure », on entend une surface qui n'est pas exposée à l'environnement extérieur. En d'autres termes, la cavité délimitée par la surface intérieure est, au moins en partie, fermée.

Par « surface extérieure », on entend une surface qui, dès lors qu'elle n'est revêtue d'aucun revêtement, est exposée à l'environnement extérieur (autrement dit, l'environnement extérieur à la cavité).

Il est donc entendu sans qu'il soit nécessaire de le préciser que l'élément principal 200 forme une enceinte, au moins partiellement, fermée.

L'espace entre la surface extérieure 210a et la surface intérieure 210b définit l'épaisseur de l'élément principal 200.

L'élément principal 200 peut être fait d'un matériau transparent au rayonnement infrarouge.

Par « transparent au rayonnement infrarouge », on entend un élément autorisant une transmissivité dans l'infrarouge d'au moins 50%.

L'élément principal 200 peut comprendre au moins un des matériaux choisi parmi : silicium, germanium, alliage de silicium germanium, AIGaS, GaS, InP.

Le dispositif infrarouge 100 comprend également un élément résistif

300.

Par « élément résistif », on entend un élément qui, lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, chauffe et émet un rayonnement infrarouge. En d'autres termes, l'élément résistif 300 est un élément électriquement résistif.

Par « rayonnement infrarouge », on entend un rayonnement lumineux dans un domaine de longueurs d'ondes comprises entre 3 μιη et 12 μιη. L'élément résistif 300 est maintenu en suspension dans la cavité 220 par deux bras de suspension 310a et 310b.

A titre d'exemple, l'élément résistif 300 peut comporter au moins une partie structurée d'un empilement de couches 301 (figure 4). En particulier, l'empilement de couches peut comprendre un filament métallique 302, par exemple intercalé entre deux couches diélectriques 303, 304 faites d'un matériau diélectrique. Le filament métallique 302 peut notamment comprendre du platine.

Les couches diélectriques 302, 304 peuvent comprendre du nitrure de titane.

L'élément résistif 300 peut également comprendre un support mécanique 305 sur lequel repose l'empilement de couches 301. Le support mécanique 305 est par exemple fait de silicium, ou de nitrure de silicium.

L'élément résistif 300 peut avoir la forme d'une pastille circulaire. L'invention ne doit cependant pas être limitée à cette forme.

Les deux bras de suspension 310a et 310b s'étendent à partir de l'élément résistif 300, et sont ancrés à l'élément principal 200.

La structure des bras de suspension 310a et 310b est similaire à celle de l'élément résistif 300.

De manière avantageuse, l'élément résistif 300 est dans un environnement maintenu à une pression inférieure à 10 ^~2 mbar, préférentiellement comprise entre 10 ^~3 mbar et 10 ^~2 mbar.

Des détails sur la mise en œuvre et le dimensionnement d'un élément résistif 300 au sens de la présente invention sont donnés dans le document [1] cité à la fin de la description. L'invention n'est toutefois pas limitée à l'élément résistif tel que décrit dans le document [1].

L'élément résistif 300 est également relié électriquement à des bornes de connexion 330a et 330b à partir desquelles un courant électrique peut être imposé audit élément résistif 300.

Les bornes de connexion 330a et 330b sont disposées à l'extérieur de la cavité 220. Il est ainsi entendu, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que la liaison électrique entre l'élément résistif 300 et les deux bornes de connexion 330a et 330b se fait via les bras de suspension 310a et 310b.

Le dispositif infrarouge au sens de la présente invention comprend en outre un revêtement réfléchissant 240. En particulier, le revêtement réfléchissant 240 peut recouvrir, au moins en partie, la surface extérieure 210a et/ou la surface intérieure 210b.

Le revêtement réfléchissant 240 présente par ailleurs un coefficient de réflectivité d'au moins 90%, préférentiellement d'au moins 95%, encore plus préférentiellement d'au moins 99%, dans le domaine de longueurs d'ondes infrarouges susceptibles d'être émises par l'élément résistif 300.

Le revêtement réfléchissant 240 peut comprendre une espèce métallique, par exemple de l'or, et/ou de l'argent, et/ou de l'aluminium.

Le revêtement réfléchissant 240 peut, par exemple, recouvrir, exclusivement, la surface extérieure 210a ou la surface intérieure 210b

L'élément principal 200 peut comprendre deux sous-éléments dits, respectivement, premier sous-élément 250a et second sous-élément 250b.

Les deux sous-éléments 250a et 250b sont agencés de manière à former la cavité. Chaque sous-élément 250a et 250b forme un élément creux et comprend un rebord. L'assemblage des deux sous-éléments 250a et 250b, en apposant le rebord de l'un contre le rebord de l'autre, forme la cavité 220.

Les deux sous-élément 250a et 250b, lorsqu'ils sont assemblés, sont avantageusement liés par une liaison hermétique.

La liaison hermétique peut, avantageusement être une soudure eutectique.

Par exemple, la soudure eutectique peut être réalisée avec du silicium et de l'or, ou Au et In, ou Cu et Sn, ou Au et Sn, ou Au et Ge, ou Al et Ge.

La liaison hermétique peut être une liaison métal-métal.

Par ailleurs, les deux bas de suspension 310a et 310b peuvent être maintenus au niveau de la liaison hermétique, et s'étendre en direction de l'élément résistif 300. En particulier, les deux bras de suspension 310a et 310b peuvent traverser l'élément principal de l'intérieur vers l'extérieur de la cavité.

Le revêtement réfléchissant 240 peut recouvrir, au niveau du premier sous-élément, la surface extérieure 210a ou la surface intérieure 210b.

De manière équivalente, le revêtement réfléchissant 240 peut recouvrir, au niveau du second sous-élément 250b, la surface extérieure 210a ou la surface intérieure 210b.

Selon un premier mode de réalisation, le dispositif infrarouge peut comprendre un guide d'onde 400.

Par « guide d'onde », on entend un canal adapté pour guider un rayonnement lumineux dans la direction d'extension dudit canal.

Par ailleurs, selon ce mode de réalisation, le revêtement réfléchissant 240 comprend une ouverture traversante 241, et est agencé de sorte que seul le rayonnement infrarouge, susceptible d'être émis par l'élément résistif 300, et traversant l'ouverture traversante 241 diffuse hors de la cavité 220.

Le guide d'onde 400, au sens de la présente invention, est alors couplé selon sa première extrémité 410 à la cavité 220 au niveau de l'ouverture traversante 241, de sorte qu'un rayonnement infrarouge diffusant hors de la cavité est guidé, au moins en partie, par le guide d'onde.

II est clair, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que le guide d'onde est disposé hors de la cavité.

De manière avantageuse, le guide d'onde peut comprendre un cœur fait d'un alliage de SiGe.

Selon une première variante du premier mode de réalisation illustrée à la figure 2a, la première extrémité 410 du guide d'onde 400 est en affleurement avec la surface intérieure et en correspondance avec l'ouverture traversante.

En particulier, le guide d'onde 400 peut déboucher dans la cavité 220 au niveau du premier sous-élément 250a. Toujours selon cette première variante, le revêtement réfléchissant 240 peut recouvrir la surface intérieure 210b au niveau du premier sous-élément 250a, et recouvrir soit la surface intérieure 210b soit la surface extérieure 210a au niveau du second sous-élément 250b.

Selon une seconde variante du premier mode de réalisation illustrée à la figure 2b, la première extrémité 410 du guide d'onde 400 est à une distance prédéterminée de la surface intérieure 210b. En d'autres termes, le guide d'onde 400 ne débouche pas dans la cavité au niveau de la surface intérieure 210b. Il est également clair que dès lors qu'il y a un couplage optique entre la cavité et le guide d'onde au niveau de sa première extrémité, cette dernière est nécessairement à proximité de l'ouverture traversante. La distance prédéterminée est avantageusement inférieure à une longueur d'onde du rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par l'élément résistif 300, et destiné à être guidé par ledit guide d'onde 400.

En particulier, le guide d'onde 400 peut s'étendre, à partir de la première extrémité, selon une direction essentiellement perpendiculaire à la direction normale définie par la section de surface intérieure 210b en correspondance avec l'ouverture traversante.

Par « section de surface intérieure 210b en correspondance avec l'ouverture traversante », on entend une section de surface de la surface intérieure circonscrite par le contour de l'ouverture traversante.

Par ailleurs, par « normale à une section de surface », on entend une direction perpendiculaire à ladite surface, le cas échéant, perpendiculaire à un plan moyen défini par ladite section de surface.

Par exemple, le revêtement réfléchissant 240 comprend une première partie de revêtement 240a qui recouvre, au niveau du premier sous-élément 250a, la surface intérieure 210a. L'ouverture traversante 241 est par ailleurs disposée au niveau de la première partie de revêtement 240a. La première extrémité 410 du guide d'onde

400 est, en outre, disposée à une distance prédéterminée de l'ouverture traversante.

Il est par ailleurs clair, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que dès lors que le guide d'onde est optiquement couplé à la cavité au niveau de sa première extrémité, une section du guide d'onde s'étendant à partir de ladite première extrémité est nécessairement en regard de l'ouverture traversante. Par « en regard de l'ouverture traversante », on entend une section du guide d'onde au niveau de laquelle le couplage optique est effectif.

De manière avantageuse, le revêtement réfléchissant 240 comprend une seconde partie de revêtement 240b recouvrant l'une ou l'autre des surfaces intérieure et extérieure au niveau du second sous-élément (en particulier sur la figure 2b, la seconde partie de revêtement est disposée sur la surface intérieure au niveau du second sous-élément).

Toujours de manière avantageuse, le guide d'onde 400 est compris dans l'élément principal de sorte que le matériau constituant l'élément principal 200 forme une gaine autour du guide d'onde 400.

Par ailleurs, le cœur du guide d'onde peut comprendre un alliage de silicium germanium.

En fonctionnement, dans un tel dispositif infrarouge 100 selon l'une ou l'autre des première et seconde variantes, le rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif 300 est en grande partie couplé au guide d'onde 400.

En effet, le rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif 300 subit de multiples réflexions, qui sont soit réabsorbées par ledit élément résistif 300, soit couplées au guide d'onde 400.

Le rayonnement réabsorbé par l'élément résistif 300 réchauffe ledit élément résistif, et peut donc être réémis sous forme de rayonnement infrarouge. On parle de recyclage du rayonnement infrarouge. Ce recyclage permet alors d'augmenter le taux de rayonnement couplé au guide d'onde par rapport à un dispositif équivalent, mais dépourvu de revêtement réfléchissant. La mise en œuvre du revêtement réfléchissant et d'un guide d'onde selon la présente invention permet de créer une source NDIR guidée.

En particulier, le revêtement réfléchissant permet d'exacerber la puissance lumineuse selon une direction particulière (i.e. : la direction définie par le guide d'onde).

Enfin, le guide d'onde 400 peut être aussi bien un guide d'onde monomode qu' un guide d'onde multimode. Le dimensionnement du guide d'onde est laissé à l'appréciation de l'homme du métier et de ses connaissances générales.

Le dispositif infrarouge selon ce premier mode de réalisation permet d'envisager la co-intégration dudit dispositif sur une puce de silicium avec d'autres dispositifs, par exemple une chambre à gaz, un détecteur.

Il peut également être envisagé d'intégrer sur ladite puce des composants de démultiplexage, et ainsi séparer le flux infrarouge guidé par le guide d'onde en différentes bandes spectrales, en particulier pour l'identification de gaz de natures différentes. Le dispositif infrarouge selon ce mode de réalisation permet de considérer un capteur de gaz également dépourvu de filtre optique.

Les inventeurs ont pu réaliser des simulations optiques selon la première variante du premier mode de réalisation. Ces simulations optiques ont été conduites en considérant deux dimensionnements de cavités différents du dispositif infrarouge.

Dans chacun des cas, l'élément résistif considéré émet un rayonnement infrarouge à une longueur de 4,2 μιη, la surface intérieure de l'élément principal est recouverte d'une couche d'or. Le guide d'onde est débouchant sur la surface intérieure, et est d'une hauteur de 3 μιη (guide d'onde monomode).

Les deux dimensionnement de cavité sont, respectivement, 100 μιη x 100 μιη (premier dimensionnement), et 200 μιη x 200 μιη (second dimensionnement).

Le taux de couplage du rayonnement infrarouge est de 85 % et 60 %, respectivement, pour le premier dimensionnement de cavité et le second dimensionnement de cavité. Ainsi, tel que précisé précédemment, le rayonnement émis par l'élément résistif subit une pluralité de réflexions dans la cavité, jusqu'à être soit réabsorbé par l'élément résistif (il sera alors réémis car il réchauffe l'élément résistif), soit couplé au guide d'onde, soit absorbé par le revêtement réfléchissant.

Selon un second mode de réalisation (figure 3), le dispositif infrarouge comprend une membrane transparente 500 au rayonnement infrarouge susceptible d'être émis par l'élément résistif 300. En particulier, la membrane transparente 500 sépare de manière hermétique le volume de la cavité en deux sections volumiques dites, respectivement, première section volumique 260a et seconde section volumique 260b.

La membrane transparente 500 est par exemple faite de silicium, mais peut comprendre tout autre matériau transparent au rayonnement infrarouge.

Par ailleurs, l'élément principal 200 comprend deux ouvertures 270a et

270b débouchant au niveau de la première section volumique et destinées à permettre l'écoulement d'un gaz ou d'un liquide dans ladite première section volumique.

L'élément résistif 300 est disposé dans la seconde section volumique. De manière particulièrement avantageuse, l'atmosphère dans la seconde section volumique est maintenu à une pression inférieure à 10 ^~2 mbar, préférentiellement comprise entre ÎO ³ mbar et 10 ^~2 mbar.

Le dispositif infrarouge 100 peut également comprendre des moyens de détection de changement de température de l'élément résistif 300.

En fonctionnement, ce dispositif permet de détecter et d'identifier un liquide ou un gaz.

En effet, le rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif 300 subit de multiples réflexions, qui sont soit réabsorbées par ledit élément résistif 300, soit absorbées par le gaz ou liquide (ci-après « gaz ») circulant dans la première section volumique 260a.

L'absorption par le gaz limite alors réchauffement de l'élément résistif 300 par réabsorption du rayonnement infrarouge réfléchi ou « multi réfléchi ».

La mise en œuvre du revêtement réfléchissant au sens de la présente invention permet de considérer des réflexions multiples du rayonnement infrarouge, et ainsi augmenter la probabilité d'absorption dudit rayonnement infrarouge par le gaz. Les variations de température ainsi observées au niveau de l'élément résistif 300 sont alors exacerbées, de sorte que le dispositif infrarouge selon le second mode de réalisation peut constituer un détecteur de gaz d'une sensibilité améliorée par rapport au même détecteur dépourvu de revêtement réfléchissant.

En particulier, les variations de température de l'élément résistif 300 peuvent être détectées via la mesure du courant circulant (par exemple avec un ampèremètre) dans ledit élément résistif en fonction de la tension électrique qui lui est imposée.

Le gaz peut donc être détecté par un refroidissement soudain de l'élément résistif 300.

A titre d'exemple, les inventeurs ont déterminé par simulation numérique l'effet de revêtement réfléchissant sur la sensibilité d'un détecteur de gaz selon le second mode de réalisation.

Dans le cadre de la simulation, les inventeurs ont tenu compte de :

- la longueur d'onde, λ = 4,2 μιη, du rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif,

- du coefficient d'absorption a du gaz, ce coefficient est lié à un indice imaginaire d'absorption du gaz k par la relation :

^± -—

-— Q j -k.L

-a.C.L

= e

La figure 5 est une représentation graphique résultant de la simulation. La courbe en pointillés représente l'atténuation du rayonnement infrarouge en fonction de l'indice imaginaire d'absorption k du gaz en l'absence de revêtement réfléchissant, tandis que la courbe en trait plein considère la présence d'un revêtement réfléchissant. On note que l'atténuation du rayonnement infrarouge est bien plus importante en présence de revêtement réfléchissant. En d'autres termes, un détecteur de gaz basé sur ce second mode de réalisation voit sa sensibilité exacerbée par la mise en œuvre du revêtement réfléchissant.

Selon le principe précédemment décrit, la détecteur de gaz est également dépourvu de détecteur optique.

Par ailleurs, pour être sensible à un gaz spécifique, le rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif 300 peut être filtré.

A cet égard, l'élément résistif peut être pourvu d'un filtre 320 (figure 4) adapté pour sélectionner une gamme spectrale à laquelle le gaz d'intérêt est sensible. Par exemple le filtre 320 peut être un résonateur métal-isolant-métal (MIMs) placé directement sur l'élément résistif 300. Dans le cadre du second mode de réalisation, la mise en œuvre d'un filtre 320 permet également d'améliorer la sensibilité du détecteur par rapport au gaz spécifique (en d'autres termes améliorer son seuil de détection). En effet, la limitation du spectre d'émission de l'élément résistif limite la quantité de rayonnement réabsorbé par ledit élément résistif. Il en résulte, dès lors que le gaz spécifique absorbe au moins en partie le rayonnement infrarouge émis par l'élément résistif, une chute de température plus importante dudit élément résistif.

La fabrication d'un dispositif infrarouge selon l'un ou l'autre des deux modes de réalisation fait appel à des techniques de micro-fabrication connues de l'homme du métier.

Néanmoins, nous proposons dans la suite de cet énoncé d'en décrire les grandes lignes, et en particulier dans le cadre du premier mode de réalisation de la présente invention et en relation avec les figures 6a à 6f.

Une première étape du procédé de fabrication consiste à fournir un premier substrat SI, par exemple un substrat de silicium, qui comprend deux faces dites, respectivement, face avant FAV et face arrière FAR (figure 6a).

Une tranchée T, destinée à accueillir le guide d'onde GO est alors formée (par gravure sèche ou liquide) sur la face avant FAV du substrat S. La tranchée T est ensuite comblée par un matériau destiné à former le cœur du guide d'onde GO, par exemple du SiGe.

Une couche de d'encapsulation CE est formée sur la face avant FAV du substrat S de manière à encapsuler le guide d'onde. La couche d'encapsulation CE peut être une couche de silicium formée par une étape d'épitaxie (figure 6b).

La formation de la couche d'encapsulation CE est alors suivie d'une étape de formation d'une première cavité CA1 (figure 6c). En particulier, l'étape de formation de la cavité comprend une étape de gravure (par exemple une gravure liquide) exécutée de sorte que le guide d'onde GO débouche, selon une première extrémité PE, dans ladite cavité. L'étape de formation de la cavité comprend des étapes de masquage, et/ou d'alignement de masques photo lithographiques qui font partie des connaissances générales de l'homme du métier et qui ne sont donc pas explicitées dans le présent exposé.

Les parois de la cavité sont ensuite recouvertes d'un revêtement réfléchissant pourvu d'une ouverture traversante OT au niveau de la première extrémité PE du guide d'onde GO.

Le revêtement réfléchissant peut être une couche d'or. Par ailleurs, la formation de la couche d'or sur les parois de la première cavité CAl peut être précédée du dépôt de barrières de diffusion comprenant par exemple un empilement d'une couche de titane et d'une couche d'oxyde de silicium.

Le procédé de fabrication comprend également une étape de formation d'un élément résistif ER sur un second substrat S2 (figure 6d). L'élément résistif ER est suspendu par deux bras de suspension BS1 et BS2 au-dessus d'une seconde cavité CA2.

Les étapes de procédé de fabrication de l'élément résistif ER font partie de l'état de la technique, et à cet égard, l'homme du métier pourra consulter le document [1] cité à la fin de la description (en particulier la section « 3. Device fabrication », qui fait partie intégrante de la présente description).

Un cordon de métallisation CM comprenant du chrome, du nickel et de l'or peut être formé autour de la cavité. Ce cordon de métallisation CM est par exemple destiné à assurer un assemblage hermétique, par collage métal-métal ou par collage eutectique par exemple, entre la première cavité CAl et la seconde cavité CA2 (figure 6e).

Une étape d'amincissement du second substrat S2, à la suite de l'assemblage des deux cavités CAl et CA2, peut être exécutée.

Une tranchée TA, définissant le second sous-élément décrit précédemment, est alors réalisée. Cette tranchée TA peut être formée par « RIE » (« Reactive Ion Etching »), et est suivie d'une étape de formation du revêtement réfléchissant sur la surface externe du second sous-élément 250b.

Un procédé de fabrication du dispositif infrarouge selon le second mode de réalisation sont transposables pour l'essentiel les étapes de fabrication précédemment présentées.

RÉFÉRENCES

[1] P. Barritault et al., "Mid-IR source based on a free-standing microhotplate for autonomous C0 ₂ sensing in indoor- applications", Sensors and Actuators A, 172, p. 379-385, (2011)