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Title:
INTEGRATED ELECTRICAL DISCHARGE MICROACTUATOR AND MICROSYSTEM COMPRISING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/017172
Kind Code:
A1
Abstract:
An integrated microactuator including a gas-containing cavity (4) within at least one layer (1, 2, 3) of photolithographically machinable material, electrodes (13, 15, 16) for generating an electric field inside the cavity (4) that can cause an electrical discharge in the gas, and an actuation device (7) sensitive to the gas pressure and/or velocity in the cavity (4), said actuation device (7) being connected to the cavity (4) in such a way that it is controlled by changes in the gas pressure and/or velocity resulting from the electrical discharges caused by the electrodes (13, 15, 16). An integrated microsystem including said microactuator is also disclosed.

Inventors:
Esteve
Daniel, Bayle
Pierre, Caen
Robert
Application Number:
PCT/FR1995/001525
Publication Date:
June 06, 1996
Filing Date:
November 20, 1995
Export Citation:
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Assignee:
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) ESTEVE
Daniel, Bayle
Pierre, Caen
Robert
International Classes:
F04B17/00; F04B19/24; F04B43/04; F04F1/16; F04F99/00; F15B15/10; H01J17/00; (IPC1-7): F04B43/04; F04B17/00; F04B19/24; F04F1/16; F04F11/00; F15B15/10; H01J17/00
Foreign References:
DE4105675C1
DE4239464A1
US3586461A
US5256036A
US3266438A
Other References:
VAN DE POL 'a thermopneumatic micropump based on micro-engineering techniques' 1990 , SENSORS AND ACTUATORS , LAUSANNE 21 voir page 198, colonne de droite, alinéa 2 - page 199, colonne de gauche, alinéa 2; figure 1
VAN DE POL 'a thermo-pneumatic actuation principle for a microminiature pump and other micromechanical devices' 3 Mai 1989 , SENSORS AND ACTUATORS , LAUSANNE 17 voir page 139, ligne 1 - page 140, ligne 4; figure 1
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Claims:
REVENDICATIONS
1. 1 / Microactionneur intégré comprenant une cavité (4) renfermant un gaz, ménagée dans l'épaisseur d'au moins une couche (1, 2, 3) de matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes (13, 15, 16) adaptées pour créer un champ électrique à l'intérieur de la cavité (4) apte à créer une décharge électrique dans le gaz, chaque électrode (13, 15, 16) étant adaptée pour pouvoir être reliée à une source d'énergie électrique appropriée, et un dispositif d'actionnement (7, 21, 27, 28, 29) sensible à la pression et/ou à la vitesse du gaz dans la cavité (4), ce dispositif d'actionnement (7, 21, 27, 28, 29) étant associé à la cavité (4) de façon à être commandé par les variations de pression et/ou de vitesse du gaz dans la cavité (4) résultant des décharges électriques créées par les électrodes (13, 15, 16).
2. Microactionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) comportent deux électrodes principales (13, 15) définissant le champ électrique créé dans la cavité (4), et au moins une électrode de focalisation (16, 16', 16") intermédiaire disposée entre les électrodes principales (13, 15) et placée à un potentiel électrique intermédiaire.
3. Microactionneur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement (7) est une membrane (7) souple dont une face (8) constitue une face interne de la cavité (4).
4. Microactionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane (7) souple est formée d'une épaisseur résiduelle d'une couche (2) de matériau dans laquelle la cavité (4) est ménagée.
5. Microactionneur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique s ' étendant au moins sensiblement perpendiculairement à la membrane (7) souple.
6. Microactionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode principale (15) disposée à proximité de la membrane (7) souple et une électrode principale (13) plus éloignée de la membrane (7) souple. 7/ Microactionneur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement parallèlement à la membrane (7) souple. 8/ Microactionneur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la membrane (7) souple sépare la cavité (4) d'une chambre (10) de pompage de fluide qui est adaptée pour que le volume de cette chambre de pompage (10) varie en fonction des mouvements de la membrane (7) souple.
7. Microactionneur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cavité (4) comporte une bouche de sortie (19) reliée à une conduite de sortie (6) de gaz hors de la cavité (4) et au moins une bouche d'entrée (18) reliée à une conduite (5) d'entrée de gaz dans la cavité (4), et en ce que les électrodes (13, 15, 16) sont disposées pour créer un champ électrique orienté au moins sensiblement dans la direction de la bouche de sortie (19).
8. Microactionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les électrodes (13, 15, 16) comportent une électrode principale (15) disposée à proximité de la bouche de sortie (19) et une autre électrode principale (13) plus éloignée de la bouche de sortie (19).
9. Microactionneur selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la conduite de sortie (6) définit, avec la bouche de sortie (19) ou en aval de la bouche de sortie (19), un ajutage (27, 28, 29) adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie (19) et créer une dépression en au moins une zone (26) de la conduite de sortie (6) à l'aval de la bouche de sortie (19). 12/ Microactionneur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'ajutage (27, 28, 29) est en forme de tuyère convergente divergente.
10. Microactionneur selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite secondaire (21) reliée à la conduite (6) de sortie en aval de la bouche de sortie (19) au moins au voisinage d'une zone (26) de dépression de façon à former une pompe à vide.
11. Microactionneur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la conduite secondaire (21) est reliée à une chambre (23) contenant un gaz dont la pression est diminuée par les décharges électriques créées entre les électrodes (13, 15, 16) dans la cavité (4) .
12. Microactionneur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la chambre (23) est reliée à une conduite d'alimentation (31) par laquelle un fluide peut pénétrer dans la chambre (23).
13. Microsystème intégré comprenant au moins un microcapteur (35, 36) électronique intégré, des moyens (37) électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur (35, 36), et au moins un microactionneur intégré selon l'une des revendications 1 à 15, commandé par les moyens (37) électroniques intégrés de traitement du signal.
14. Microsystème selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de couches (1, 2, 3) de matériau semiconducteur.
Description:
MICRO-ACTIONNEUR INTEGRE A DECHARGES ELECTRIQUES ET MICROSYSTEME COMPRENANT CE MICRO-ACTIONNEUR.

L'invention concerne un micro-actionneur intégré et un microsysteme comprenant ce micro-actionneur.

Les microsystèmes sont des dispositifs de dimensions millimétriques (fie l'ordre du mm 2 ) ou submillimétriques formés de puces de silicium assemblées entre elles soit côte à côte, soit par empilement sur des plaques de silicium. Les microsystèmes comprennent des composants ayant des fonctions de traitement du signal, des composants faisant office d'interface de communication, des composants faisant office de capteurs, et des composants faisant office d ' actionneurs . Par exemple, la publication "L'enjeu technologique des microcapteurs", BAILLIEU, DELAPIERRE et ESTEVE, LA RECHERCHE n° 248, novembre 1992, vol. 23, pages 1238-1246, décrit les principales applications des microsystèmes et donne les définitions des termes utilisés dans ce domaine. Les composants ayant des fonctions de traitement du signal ou de calcul ou d'interface de communication ont été les premiers à être fabriqués sous forme intégrée par des procédés de micro-usinage de plaques de matériaux semi-conducteurs. Plus récemment, des composants faisant office de capteurs ont pu être également fabriqués sous forme intégrée.

Par contre, les icro-actionneurs connus sont essentiellement formés de micromoteurs rotatifs ou linéaires ou de micropompes ou de microcontacts motorisés, et ne sont jusqu'à maintenant que partiellement intégrés.

Ainsi, FR-A-2 650 534 décrit une micropompe comprenant une chambre de pompage délimitée dans une plaquette en une matière susceptible d'être usinée par des procédés photolithographiques et une pastille piézoélectrique permettant de déformer une plaquette recouvrant la chambre de pompage. Une telle micropompe ne peut donc pas être intégralement fabriquée par micro¬ usinage et association de plaquettes de matériaux semi-

conducteurs à la façon des puces ou circuits intégrés.

La publication "Microfluidics - a revie ", Peter Cravesen et al, 1993, IOP Publishing Ltd, pages 169-182, recense les différents micro-actionneurs et microsystèmes connus dans le domaine de la microfluidique, et cite la possibilité théorique de concevoir des micropompes thermopneumatiques, piézoélectriques, électrohydro-dynamiques, ou électrostatiques.

Toutes ces micropompes présentent cependant des performances dynamiques insuffisantes et une puissance massique trop faible. Egalement, elles sont complexes et hétérogènes et leur fabrication industrielle à grande échelle par micro-usinage est trop coûteuse ou même impossible pour des raisons technologiques. En particulier, la publication sus¬ mentionnée décrit une pompe micromécanique de type thermopneumatique (microthermopompe) comprenant une cavité ménagée dans une plaquette de matériau semi-conducteur et à l'intérieur de laquelle on dispose une résistance électrique. Cette résistance électrique permet de faire varier la température du gaz contenu dans la cavité, ce qui engendre des déformations de la paroi séparant la cavité de la chambre de pompage. Une telle microthermopompe présente un taux d'intégration relativement élevé puisque la cavité et la résistance électrique peuvent théoriquement être fabriquées par micro-usinage, notamment par procédé photolithographique. Néanmoins, une telle microthermopompe présente plusieurs inconvénients, à savoir un mauvais rendement énergétique et de faibles performances dynamiques (notamment une puissance massique faible et des temps de réponse élevés) dues à l'inertie thermique de la résistance, une faible longévité et une mauvaise fiabilité dues à la fragilité du conducteur électrique formant la résistance . La publication sus- entionnée donne aussi divers exemples d'applications des microsystèmes dans le domaine de la microfluidique, et notamment : pour former des microsources de fluide sous pression (par exemple dans

des imprimantes à jets d'encre) ; pour le microdosage de fluides (par exemple par l'administration de médicaments) ; pour les microsystèmes d'analyse chimique in situ (par exemple pour le contrôle des procédés industriels ou l'analyse de fluides biologiques in vivo)...

Les microsystèmes peuvent aussi faire l'objet d'un nombre considérable d'applications dans d'autres domaines que la microfluidique, notamment dans les domaines de l'optoélectronique, de la micro-optique, de la micro-électronique, de la microthermique, de la micromécanique, de la micro-acoustique, des microsources d' énergie...

En conséquence, comme l'indique la publication sus-mentionnée, le besoin ressenti de disposer de micro-actionneurs et de microsystèmes intégrés, performants et fiables, reste à ce jour sans solution pratique malgré l'ancienneté et les performances des technologies de micro-usinage.

L'invention vise donc à pallier ces inconvénients en proposant un micro-actionneur qui peut être fabriqué entièrement intégré par un procédé de micro¬ usinage de plaques en matière apte à être usinée par des procédés photolithographiques à la façon des puces de semi¬ conducteurs, qui présente un haut rendement énergétique et une grande puissance massique, des performances dynamiques (notamment un temps de réponse) améliorées, une grande solidité, et donc une longévité et une fiabilité supérieures à celles de micro-actionneurs connus.

Egalement, l'invention vise à proposer un micro-actionneur qui peut être intégré et fabriqué dans un microsystème entièrement intégré.

L'invention vise ainsi à proposer un micro- actionneur et un microsystème qui peuvent être fabriqués industriellement, collectivement en grande série, par des procédés de micro-usinage de plaquettes de matériaux semi¬ conducteurs, notamment par photolithographie, à un coût de revient raisonnable.

Pour ce faire, l'invention concerne un

micro-actionneur intégré comprenant une cavité renfermant un gaz ménagée dans l'épaisseur d'au moins une couche de matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes adaptées pour créer un champ électrique à l'intérieur de la cavité apte à créer une décharge électrique dans le gaz, chaque électrode étant adaptée pour pouvoir être reliée à une source d'énergie électrique appropriée, et un dispositif d'actionnement sensible à la pression et/ou à la vitesse du gaz dans la cavité, ce dispositif d'actionnement étant associé à la cavité de façon à être commandé par les variations de pression et/ou de vitesse du gaz dans la cavité résultant des décharges électriques créées par les électrodes . Ainsi, dans un micro-actionneur selon l'invention, l'organe moteur est constitué des électrodes portées à une différence de potentiel électrique apte à provoquer une décharge électrique dans le gaz à 1 ' intérieur de la cavité. L'application d'une différence de potentiel appropriée entre les électrodes crée un champ électrique dans le gaz, qui provoque la formation d'une décharge électrique. Cette décharge électrique peut présenter diverses caractéristiques en fonction de la valeur de la différence de potentiel et du produit de la pression du gaz dans la cavité par la distance séparant les électrodes. La décharge électrique peut ainsi être une décharge de Townsend, une décharge de Streamer, une décharge du type luminescente ou pseudo-luminescente, une décharge d'étincelle, une décharge d'arc avorté... Le gaz peut être de l'air ou tout autre gaz spécifique. La décharge électrique engendre l'ionisation et l'excitation du gaz en plasma, et des modifications des paramètres d'état du gaz neutre (température, densité, pression, vitesse...). Le mouvement des particules chargées (électrons, ions positifs et ions négatifs) vers les électrodes sous l'action du champ électrique, est accompagné de transfert d'énergie et de quantité de mouvement vers le gaz neutre.

Ainsi, la décharge électrique provoque à la

fois des effets de pression qui proviennent de l'augmentation de température du gaz, et des effets cinétiques (transferts de quantité de mouvement) qui augmentent la vitesse des particules neutres. En effet, la décharge électrique provoque une augmentation et des gradients de température qui dépendent des conditions électriques (différence de potentiel et intensité) de la décharge. Il en résulte une augmentation de la pression moyenne et l'apparition de gradients locaux de pression.

Par ailleurs, les collisions entre les particules chargées et les molécules neutres provoquent des transferts de quantité de mouvement principalement selon la direction du champ électrique, de sorte que la vitesse moyenne du gaz neutre dans la cavité augmente de façon anisotrope en créant, dans la direction du champ électrique, un mouvement convectif global qui peut être désigné sous le nom de "vent électrique" .

Dans un micro-actionneur conforme à l'invention, tous ces phénomènes sont utilisés en combinaison ou isolément pour commander et activer le dispositif d'actionnement.

Les électrodes sont en matériau conducteur métallique, notamment en tungstène, acier inoxydable, molybdène..., et sont de forme torique, de disques, ou de pointes sphériques ou coniques. Ainsi, ces électrodes peuvent être fabriquées par micro-usinage ou dépôt de couches de métallisation à la façon des circuits intégrés. Elles peuvent s'étendre à l'intérieur de la cavité ou être externes à la cavité, incorporées dans l'épaisseur d'une couche de matériau, ou être revêtues d'une couche de matériau isolant ou semi-conducteur.

Selon l'invention, les électrodes comportent deux électrodes principales définissant le champ électrique créé dans la cavité et une ou plusieurs électrode(s) de focalisation intermédiaire^) disposée(s) entre les électrodes principales et placée(s) à un potentiel électrique intermédiaire. Le potentiel électrique

intermédiaire de chaque électrode de focalisation peut être piloté indépendamment du potentiel électrique des électrodes principales (anode et cathode).

Le dispositif d'actionnement d'un icro- actionneur selon l'invention peut être une membrane souple dont une face constitue une face interne de la cavité. Cette membrane souple est ainsi déformée par les effets de pression et/ou les effets cinétiques résultant des décharges électriques créées dans la cavité. Avantageusement et selon l'invention, la membrane souple est formée d'une épaisseur résiduelle de la couche de matériau dans laquelle la cavité est ménagée. La membrane souple constitue alors un organe mobile dont les mouvements peuvent être utilisés à diverses fins. Par exemple, et selon l'invention, la membrane souple sépare ladite cavité d'une chambre de pompage d'un fluide. La chambre de pompage est adaptée pour que le volume de cette chambre de pompage varie en fonction des mouvements de la membrane souple. Dans ce cas, la membrane souple a donc pour fonction d'actionner la chambre de pompage (qui peut être qualifiée de dispositif hydraulique ou pneumatique). En variante ou en combinaison, la membrane souple peut également servir à actionner un dispositif électrique et/ou magnétique et/ou optique et/ou mécanique... Dans une première variante de l'invention, les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement perpendiculairement à la membrane souple. Dès lors, la membrane souple est principalement déplacée sous 1 ' effet du vent électrique créé par la décharge dans 1 ' axe du champ électrique.

Dans une autre variante de l'invention, les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique s 'étendant au moins sensiblement parallèlement à la membrane souple. Dans ce cas, la membrane souple est déplacée essentiellement par la variation de pression due à l'augmentation de température générée par la décharge électrique dans la cavité.

Dans un autre mode de réalisation et selon l'invention, la cavité comporte une bouche de sortie reliée à une conduite de sortie de gaz hors de la cavité et au moins une bouche d'entrée reliée à une conduite d'entrée de gaz dans la cavité, et les électrodes sont disposées pour créer un champ électrique orienté au moins sensiblement dans la direction de la bouche de sortie.

Selon l'invention, les électrodes comportent une électrode principale disposée à proximité de la bouche de sortie et une autre électrode principale plus éloignée de la bouche de sortie.

En outre, la conduite de sortie définit avec la bouche de sortie ou en aval de la bouche de sortie un ajutage adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie et créer une dépression en au moins une zone de la conduite de sortie à l'aval de la bouche de sortie.

L'ajutage peut être avantageusement en forme de tuyère convergente divergente. Ledit dispositif d'actionnement associé à la cavité est alors formé par cet ajutage ou tuyère qui permet de créer un courant gazeux en sortie.

En variante ou en combinaison, le micro- actionneur selon l'invention comporte une conduite secondaire reliée à la conduite de sortie en aval de la bouche de sortie au moins au voisinage d'une zone de dépression de façon à former une pompe à vide.

Dans cette dernière variante de réalisation de l'invention, le dispositif d'actionnement est ainsi constitué d'une pompe à vide formée d'une conduite secondaire connectée à une conduite de sortie reliée elle- même à une bouche de sortie de la cavité. La bouche de sortie en forme de col ou de tuyère convergente divergente est apte à accélérer le mouvement du gaz dans la conduite de sortie par effet de tuyère (Venturi) et à créer une dépression dans la zone de liaison avec la conduite secondaire. La conduite secondaire peut être reliée à une chambre contenant un gaz dont la pression est diminuée par

les décharges électriques créées entre les électrodes dans ladite cavité. En effet, les décharges électriques engendrent un vent électrique dans la direction de la bouche de sortie. Ce vent électrique est accéléré par effet de tuyère (Venturi) et crée une dépression à l'aval de la bouche de sortie.

Là encore, les variations de pression engendrées dans la chambre reliée à la conduite secondaire peuvent être utilisées pour actionner divers dispositifs hydrauliques et/ou pneumatiques et/ou électriques et/ou magnétiques et/ou optiques et/ou mécaniques ... Par exemple, la chambre reliée à la conduite secondaire peut être reliée à une conduite d'alimentation par laquelle un fluide peut pénétrer dans cette chambre qui sert de chambre de prélèvement. Des moyens d'analyse du fluide (par exemple un microcapteur) peuvent alors être associés à ladite chambre.

L'invention concerne en outre un microsystème intégré comprenant au moins un microcapteur électronique intégré, des moyens électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur, et au moins un micro-actionneur intégré selon l'invention commandé par les moyens électroniques intégrés de traitement du signal. Un microsystème selon l'invention est constitué d'une pluralité de couches de matériaux semi¬ conducteurs, notamment d'une pluralité de puces agencées côte à côte ou empilées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une première variante d'un premier mode de réalisation d'un micro-actionneur selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une deuxième variante du premier mode de réalisation d'un micro-actionneur selon l'invention,

- la figure 3 est une vue schématique en

coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un micro- actionneur selon l'invention,

- la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un micro-actionneur selon le premier mode de réalisation de l'invention incorporé dans un microsystème selon l'invention,

Sur les figures 1 et 2, le micro-actionneur est composé de trois couches 1, 2, 3 superposées formées d'un matériau apte à être usiné par procédé photolithographique, par exemple du silicium. Dans la couche médiane 2, une cavité 4 est ménagée en creux. Entre la couche supérieure 1 et la couche médiane 2, on a ménagé une conduite d'entrée 5 et une conduite de sortie 6 de gaz dans la cavité 4. Ces conduites 5, 6 sont reliées, par l'intermédiaire éventuellement de microvalves passives ou commandées, à un réservoir de gaz ou à l'atmosphère. Elles constituent donc des moyens 5, 6 d'introduction de gaz dans la cavité 4. Le micro-actionneur peut comprendre des moyens de mesure et/ou de contrôle de la pression de gaz dans la cavité 4 qui peuvent être réalisés sous toute forme connue en soi et non représentée. La cavité 4 est creusée dans une partie seulement de l'épaisseur de la couche médiane 2 de façon à laisser une épaisseur résiduelle dans cette couche 2 formant une membrane souple 7 dont une face 8 constitue la face interne de la cavité 4. Les conduites 5, 6 sont adaptées, et notamment sont suffisamment petites, pour permettre la génération d'efforts sur la membrane 7 par effets de pression et/ou par effets cinétiques. L'autre face opposée 9 de la membrane souple 7 est en regard d'une chambre de pompage 10 ménagée en creux dans l'épaisseur de la couche inférieure 3. Cette chambre de pompage 10 est alimentée en fluide par une conduite d'alimentation 11 et refoule le fluide par une conduite de refoulement 12. Des microvalves passives ou commandées d'alimentation 24 et de refoulement 25 sont prévues interposées dans les conduites d'alimentation 11 et, respectivement de refoulement 12.

Le micro-actionneur comporte une première électrode principale 13, notamment une anode 13,

représentée sous forme d'une micropointe conique mais qui peut être aussi constituée d'un disque ou d'une sphère ou présenter toute autre forme appropriée, et qui débouche de la face inférieure 14 de la couche supérieure 1 en regard de la cavité 4 à l'opposé de la membrane souple 7. La première électrode 13 est disposée au moins sensiblement en regard de la portion centrale de la membrane souple 7. Une deuxième électrode principale 15, notamment une cathode 15, représentée sous forme d'un anneau torique, s'étend à l'intérieur de la cavité 4 au voisinage de la membrane souple 7. La première électrode 13 est plus éloignée de la membrane souple que la deuxième électrode 15. La deuxième électrode 15 peut être reliée à la masse. Une électrode de focalisation 16 est placée entre la première et la deuxième électrodes, c'est-à-dire au-dessus de la deuxième électrode 15. Cette électrode de focalisation 16 peut être placée à un potentiel électrique intermédiaire qui peut être piloté indépendamment du potentiel des électrodes principales 13, 15. Elle est également sous forme d'un anneau et est associée, comme la deuxième électrode 15, au voisinage ou sur les parois périphériques 17 de la cavité 4 perpendiculaires au plan général des couches 1, 2 ,3. Les électrodes 15, 16 s'étendent le long des parois 17 de la cavité 4 et sont donc annulaires si cette cavité 4 a une section circulaire.

Les différentes électrodes 13, 15, 16 sont reliées électriquement à un dispositif électronique de contrôle de leur potentiel électrique et qui peut être réalisé sous forme d'un circuit intégré ou d'une puce formé sur l'une au moins des couches 1, 2, 3 de matériau semi¬ conducteur qui peut former un substrat pour ce circuit intégré. La pression du gaz dans la cavité 4 et la tension électrique appliquée entre les électrodes 13, 15, 16 sont déterminées de façon appropriée pour créer une décharge électrique contrôlée à l'intérieur de la cavité 4. Ce faisant, la membrane souple 7 est déplacée, et le volume de la chambre de pompage 10 est modifié. Les mouvements de la membrane souple 7 combinés à ceux des microvalves

d'alimentation 24 et de refoulement 25 commandées ou passives permettent de faire circuler un fluide dans la chambre de pompage 10. Un tel dispositif est par exemple applicable pour réaliser un dispositif implanté d'injection de substances thérapeutiques, sous la forme d'un microsystème intégré.

Dans la variante de la figure 2, une première électrode principale 13 est placée contre une paroi 17 de la cavité 14. et une deuxième électrode principale 15 est constituée d'un anneau métallique s 'étendant contre une paroi verticale 17 opposée en regard de la première électrode 13. Des électrodes intermédiaires 16 de focalisation sont prévues associées aux parois verticales 17 entre les électrodes principales 13 et 15. Le micro-actionneur est alors un microcompresseur de type thermopneumatique. Sous l'action de la décharge électrique puisée ou alternative générée entre les électrodes, le gaz dans la cavité 4 est périodiquement chauffé. Sous l'action de ces variations de température, la pression du gaz dans la cavité 4 augmente périodiquement et provoque des mouvements de la membrane 7.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, le dispositif d'actionnement est constitué d'une pompe à vide. La conduite d'entrée 5 débouche dans la cavité 4 par une bouche d'entrée 18 dotée avantageusement d'une microvalve passive ou commandée 30. Cette microvalve 30 permet d'éviter le refoulement de gaz chauds pendant l'explosion des décharges et d'optimiser l'entrée du gaz dans la cavité 4 selon la nature, notamment la fréquence, des décharges. A son extrémité opposée, la cavité 4 comporte une bouche de sortie 19. La première électrode principale (anode) 13 est placée dans la cavité 4 en regard de la bouche d'entrée 18 et est associée à la paroi de la cavité 4 opposée à la bouche de sortie 19. La bouche de sortie 19 est en forme de col ou de tuyère convergente divergente apte à accélérer le mouvement du gaz et à créer une dépression dans la zone 26 de la conduite de sortie 6 par effet dit de trompe-éjecteur. Plus précisément, la

conduite de sortie 6 définit avec la bouche de sortie 19 ou en aval de la bouche de sortie 19 un ajutage 27, 28, 29 adapté pour accélérer le courant gazeux issu de la bouche de sortie 19 et créer une dépression en au moins une zone 26 de la conduite de sortie 6 à l'aval de la bouche de sortie 19. Cet ajutage 27, 28, 29 est en forme de tuyère convergente divergente, c'est-à-dire comporte une portion convergente 27 reliée à une paroi 17 de la cavité 4, une portion cylindrique 28 reliée à la portion convergente 27, puis une portion divergente 29 et/ou à brusque élargissement reliant la portion cylindrique 28 à la conduite de sortie 6. La bouche de sortie 19 porte la deuxième électrode principale (cathode) 15 qui est tronconique et s'étend à l'intérieur de la cavité 4 contre la portion convergente 27. Des électrodes 16', 16" de focalisation intermédiaire sont prévues entre la première électrode 13 et la deuxième électrode 15. Le champ électrique créé entre les électrodes principales 13, 15 est orienté dans la direction de la bouche de sortie 19. Une autre électrode 20 d'accélération est prévue immédiatement en aval de la bouche de sortie 19 de façon à accélérer les particules chargées qui n'ont pas été collectées à la deuxième électrode principale 15. L'électrode d'accélération 20 est avantageusement disposée dans ou au niveau de la portion cylindrique 28 de l'ajutage, en aval de la portion convergente 27. En aval de cette électrode d'accélération 20 et de l'ajutage 27, 28, 29, la conduite de sortie 6 est connectée à une conduite secondaire 21 qui débouche latéralement dans la conduite de sortie 6 et qui est reliée par une microvalve passive ou commandée 22 à une chambre 23. Une microvalve passive ou commandée 34, qui peut être totalement ouverte, est aussi avantageusement prévue dans la conduite de sortie 6 en aval de la connexion à la conduite secondaire 21. La chambre 23 est elle-même reliée à une conduite d'alimentation 31 par laquelle un fluide peut pénétrer dans cette chambre 23. Une microvalve passive ou commandée 32 est interposée à l'entrée de la chambre 23.

Dès lors, le micro-actionneur selon l'invention permet de prélever le fluide dans la chambre 23 qui peut être dotée de moyens d'analyse du fluide, par exemple sous la forme d'au moins un microcapteur 36 associé à la paroi de la chambre 23. Des moyens 37 électroniques intégrés de traitement du signal délivré par chaque microcapteur 36 peuvent être prévus, de façon connue en soi. Ces moyens 37 sont reliés électriquement au microcapteur 36 et ne sont représentés que schématiquement sur la figure 3. Ces moyens 37 servent aussi à commander le micro-actionneur et sont alors reliés aux électrodes 13, 15, 16 pour leur délivrer la tension électrique appropriée. On forme ainsi un microsystème intégré.

Une fois le prélèvement et l'analyse effectués, les microvalves 22 et 32 s'ouvrent pour autoriser la circulation du fluide vers la conduite de sortie 6 sous l'effet des décharges électriques créées à l'intérieur de la cavité 4.

Le micro-actionneur de la figure 3 permet donc de générer un flux de gaz dans la conduite 6 de sortie. Les caractéristiques en débit et en vitesse de ce flux de gaz dépendent en particulier des décharges électriques créées à l'intérieur de la cavité 4, et donc notamment du potentiel électrique auquel les différentes électrodes sont placées. Ainsi, l'invention permet de créer et de piloter les caractéristiques d'un flux de gaz dans une conduite 6 de façon précise, avec une grande puissance massique et un temps de réponse extrêmement court (de l'ordre de la nanoseconde) et ce par l'intermédiaire d'une simple commande en tension électrique.

Le mode de réalisation de la figure 3 peut être également utilisé sans conduite secondaire 21, c'est- à-dire directement à titre de générateur de courant gazeux dans la conduite de sortie 6. La figure 4 représente une coupe transversale d'un micro-actionneur conforme à la figure 1, intégré dans un microsystème. Le micro-actionneur est formé des trois couches 1, 2, 3 empilées de matériau. La cavité 4

est formée en creux dans la couche intermédiaire 2. La chambre de pompage 10 est formée en creux dans la couche inférieure 3 et les conduites d'alimentation et de refoulement 11, 12 traversent les couches supérieure 1 et intermédiaire 2 pour déboucher dans la chambre de pompage 10. Les électrodes 13, 15, 16 de la cavité 4 s'étendent à travers la couche intermédiaire 2 et la couche supérieure 1 de façon à présenter des bornes de connexion à la face supérieure de la couche supérieure 1. Un évent 39 traverse la couche supérieure 1 pour déboucher dans la cavité 4 en vue de son alimentation en gaz et pour fournir une référence de pression. La chambre de pompage 10 est dotée d'au moins un microcapteur 35 qui peut être réalisé de toute façon connue en soi en fonction des caractéristiques à mesurer dans le fluide circulant dans la chambre de pompage 10 (température, pression, débit, analyse chimique... ) .

Les signaux en tension alimentant les électrodes peuvent être des signaux continus ou impulsionnels. Les différentes électrodes 13, 15, 16, 20 peuvent être placées directement au contact du gaz ou recouvertes d'une couche de semi-conducteur ou d'isolant. Elles peuvent aussi être incorporées au sein du matériau constituant les électrodes 1, 2, 3. Les différences de potentiel appliquées entre les différentes électrodes du micro-actionneur peuvent être continues, alternatives ou impulsionnelles selon le type de décharge électrique que l'on souhaite créer dans la cavité 4. Les décharges électriques utilisées peuvent être du type luminescentes ou pseudo-luminescentes, des décharges d'étincelles ou d'arc avorté...