Détecteur thermique de rayonnement

Domaine technique

La présente invention se rapporte au domaine des capteurs thermoélectriques à haute résolution pour la mesure de rayonnements thermiques de faible puissance.

Etat de la technique antérieure

On connait dans l'état de la technique les détecteurs thermiques basés sur le principe de détection thermoélectrique. Toutefois, ces détecteurs sont trop peu sensibles et ne permettent pas de mesurer des puissances inférieures au microwatt.

Le détecteur thermique selon l'invention permet de pallier ce problème en offrant une grande sensibilité et un faible seuil de détection. En effet, le détecteur thermique selon l'invention est apte à mesurer des variations de température comprises entre quelques microkelvins et quelques dizaines de millikelvins ou des variations de rayonnements thermiques comprises entre quelques nanowatts et quelques centaines de microwatts.

On connait également dans l'état de la technique des détecteurs à haute résolution à base de photodiodes dont le principe de mesure est quantique. Un problème de tels capteurs réside dans le fait que la détection est centrée uniquement sur une faible gamme de longueurs d'ondes qui est propre à chaque photodiode. Un autre problème des détecteurs à photodiodes est leur complexité d'utilisation et la nécessité de calibrer le détecteur à chaque utilisation.

Le détecteur thermique selon l'invention permet de pallier ces problèmes en permettant de mesurer des rayonnements sur une large bande de longueurs d'onde allant de l'ultraviolet à l'infrarouge moyen et lointain. En outre, le détecteur thermique selon l'invention présente une grande facilité d'utilisation.

Enfin, on connait dans l'état de la technique les microbolomètres dont le principe de mesure est basé sur la variation de résistance électrique en fonction de la température. Les microbolomètres présentent une grande sensibilité de détection. En revanche, ils sont très coûteux et pour présenter une grande sensibilité, ils requièrent des conditions d'utilisation complexes avec un refroidissement de l'électronique de mesure et du détecteur. Ils peuvent être adaptés à des mesures de rayonnements à température ambiante mais dans ce cas ils manquent de sensibilité. Le détecteur thermique selon l'invention présente quant à lui un faible coût de fabrication. Il peut fonctionner dans une large gamme de températures et, en particulier, à température ambiante tout en gardant un niveau exceptionnel de sensibilité. Enfin, le détecteur thermique selon l'invention ne nécessite pas de refroidissement du détecteur ni de l'électronique de mesure.

Un autre but de l'invention est, en outre, de proposer un détecteur thermique à réponse rapide, c'est-à-dire présentant un temps de réponse de l'ordre de la seconde jusqu'à quelques millisecondes.

Présentation de l'invention

A cet effet, il est proposé un microcapteur thermoélectrique pour mesure de rayonnements thermiques de faible puissance, dit microcapteur, formé par un empilement de couches comprenant, depuis une face inférieure vers une face supérieure du microcapteur :

- un support en matériau conducteur thermique,

- une couche constituée d'un matériau diélectrique,

- au moins une paire de couches formant un thermocouple, l'au moins une paire de couches est, de préférence, agencée de sorte qu'une tranchée sépare, de préférence complètement ou en partie seulement, les deux couches de l'au moins une paire de couches d'une distance minimale supérieure à 500 nm,

- une couche de métal recouvrant partiellement l'au moins une paire de couches, la couche de métal comprend deux portions annulaires par paire de couches et pour chaque thermocouple une des deux portions annulaires recouvre une portion périphérique d'une des deux couches de l'au moins une paire de couches et l'autre des deux portions annulaires recouvre une portion périphérique de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

Dans une première configuration du microcapteur, le microcapteur est, de préférence, agencé pour et/ou l'au moins une paire de couches est, de préférence, agencée pour et/ou la couche de métal est, de préférence, agencée pour que la couche de métal comprend, de préférence, une portion centrale qui recouvre, au moins, une portion, de préférence une surface supérieure, de chacune des deux couches de l'au moins une paire de couches qui est adjacente à la tranchée.

Dans une seconde configuration du microcapteur, le microcapteur est, de préférence, agencé pour et/ou l'au moins une paire de couches est, de préférence, agencée pour et/ou la couche de métal est, de préférence, agencée pour que une portion centrale d'une des deux couches de l'au moins une paire de couches recouvre, au moins, une portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

Le microcapteur présente, pour un intervalle de températures de mesure donné, noté [Tmin, Tmax ] , un paramètre ZTeffectif compris entre 0,1 et 1,9, ZT est le facteur de mérite du microcapteur et T est la température de mesure.

De préférence, les matériaux constituant les deux couches de l'au moins une paire de couches sont choisis de sorte que, de préférence l'agencement du microcapteur selon l'invention associé au choix des matériaux constituant les deux couches de l'au moins une paire de couches sont tels que, pour un intervalle de températures de mesure donné noté [Tmin, Tmax] , ledit microcapteur présente un paramètre ZTeffectif compris entre 0,1 et 1,9, ZT est le facteur de mérite du microcapteur et T est la température de mesure.

A défaut d'indication contraire, l'ensemble de la description s'applique à la première et à la seconde configuration du microcapteur.

Il peut être entendu par microcapteur un capteur, un détecteur ou un microdétecteur.

Le support en matériau conducteur thermique peut être un métal, par exemple du cuivre, de l'aluminium, de l'argent ou de l'acier inoxydable, ou du verre ou de la céramique.

Une couche d'une paire de couches formant un thermocouple peut comprendre ou être constituée de plusieurs matériaux différents. Une couche d'une paire de couches formant un thermocouple peut comprendre plusieurs portions ou segments comprenant ou étant constitués chacun d'un matériau différent. Une couche considérée d'une paire de couches peut comprendre un premier segment s'étendant depuis une extrémité, dite proximale, située du côté du centre du microcapteur de la couche considérée jusqu' à la moitié de la distance séparant l'extrémité proximale de l'extrémité, dite distale, située du côté du bord externe, de la couche considérée et un second segment s'étendant depuis l'extrémité distale de la couche considérée jusqu'au premier segment. Le premier segment peut être constitué d'un matériau permettant d'obtenir un gradient de température élevée le long du premier segment et le second segment peut être constitué d'un matériau permettant d'obtenir un gradient de température inférieur au premier segment, voire un gradient de température faible.

De préférence, pour la seconde configuration, la tranchée sépare, en partie uniquement, les deux couches de l'au moins une paire de couches d'une distance minimale supérieure à 500 nm. De préférence, pour la seconde configuration, l'extrémité proximale des couches de l'au moins une paire de couches correspond à la partie centrale des couches de l'au moins une paire de couches.

De préférence, une tranchée, distincte de la tranchée séparant, complètement ou en partie seulement, les deux couches de l'au moins une paire de couches, sépare deux couches adjacentes de deux paires de couches différentes d'une distance minimale supérieure à 500 nm.

De préférence, le centre du microcapteur constitue la zone de détection ou zone sensible du microcapteur.

Dans la seconde configuration, la couche de métal peut recouvrir, en outre, la portion centrale de la couche de l'au moins une paire de couches recouvrant la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

De préférence, la couche de métal ne s'étend pas sur l'ensemble de la face supérieure du microcapteur. De préférence, la couche de métal est une couche discontinue.

De préférence, la couche de métal peut s'étendre dans tout ou partie de la tranchée séparant les deux couches de l'au moins une paire de couches.

Selon l'invention, le terme « paire de couches » correspond à une paire de couches d'un thermocouple du microcapteur.

Selon l'invention, le principe de fonctionnement d'un capteur thermoélectrique peut être défini comme consistant à convertir, successivement, une puissance de rayonnement en puissance thermique puis la puissance thermique en gradient de température puis le gradient de température en signal électrique.

Selon l'invention, il peut être entendu par rayonnements thermiques de faible puissance, des rayonnements dont la puissance est comprise entre quelques dizaines de micro Watts et quelques dizaines de nano watts.

De préférence, les couches de l'empilement de couches formant le microcapteur sont empilées selon un axe s'étendant entre la face inférieure et la face supérieure du microcapteur.

Selon l'invention, il peut être entendu par face supérieure du microcapteur la face ou la surface du microcapteur comprenant, au moins en partie, la couche de métal. Selon l'invention, il peut être entendu par face inférieure du microcapteur la face du microcapteur qui est opposée à la face supérieure du microcapteur.

Il peut être entendu par face ou surface supérieure, en particulier d'une couche de l'empilement de couches, la surface ou la face orientée en direction de la face supérieure du microcapteur. Il peut être entendu par face ou surface inférieure, en particulier d'une couche de l'empilement de couches, la surface ou la face opposée à la face ou surface supérieure.

La face supérieure ou la face inférieure du microcapteur peut être orientée en direction du rayonnement thermique à mesurer.

De préférence, le matériau diélectrique présente une conductivité électrique inférieure à 1.10’ ¹¹ S.nr ¹ .

De préférence, le matériau diélectrique présente une conductivité thermique inférieure à 1 W.m^.K’ ¹ .

De préférence, le matériau diélectrique est une membrane en Polyimide.

De préférence, dans la première configuration, les deux couches d'une paire de couches sont adjacentes ou voisines, en particulier au niveau du centre du microcapteur. De préférence, dans la première configuration, les deux couches d'une paire de couches ne sont pas en contact, de préférence, et en particulier, au niveau du centre du microcapteur.

De préférence, une couche donnée d'une paire de couches est séparée d'une couche d'une autre paire de couches qui est voisine de ou adjacente à la couche donnée. De préférence, aucune couche de l'au moins une paire de couches n'est en contact avec une autre couche de l'au moins une paire de couches.

Il peut être entendu par tranchée un sillon ou un espace.

De préférence, dans la première configuration, une distance séparant deux couches adjacentes d'une même paire de couches s'étend selon une direction perpendiculaire à la direction de l'empilement de couches du microcapteur.

De préférence, une couche donnée d'une paire de couches est séparée par une tranchée ou un espace d'une couche d'une autre paire de couches qui est voisine de ou adjacente à la couche donnée. De préférence, une distance séparant deux couches adjacentes de deux paires de couches différentes s'étend selon une direction perpendiculaire à la direction de l'empilement de couches du microcapteur. De préférence, une distance séparant deux couches adjacentes de deux paires de couches différentes s'étend selon la longueur des couches des paires de couches. De préférence, la distance séparant deux couches, pouvant être définie comme une largeur de la tranchée ou de l'espace, est comprise entre 0,5 pm et 100 pm.

De préférence, la sensibilité du microcapteur est proportionnelle au nombre de thermocouple, ou de paires de couches, que comprend le microcapteur.

De préférence, la couche de métal recouvre partiellement une surface supérieure de l'au moins une paire de couches. La couche de métal peut comprendre ou être constituée d'un ou plusieurs éléments chimiques métalliques. De préférence, dans la première configuration, la fonction de la portion centrale de la couche de métal est d'assurer une connexion électrique entre les deux couches de l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur.

De préférence, la fonction de la portion centrale de la couche de métal est de permettre une meilleure absorption du rayonnement thermique à mesurer.

De préférence, la couche de métal présente une conductivité thermique supérieure ou égale à 10 W.nrTK' ¹ . De préférence, la couche de métal présente une conductivité électrique supérieure ou égale à 1.10 ⁶ S.nr ¹ .

De préférence, dans la première configuration, la portion des couches de l'au moins une paire de couches qui est adjacente à la tranchée ne coïncident pas avec un centre géométrique du microcapteur. Le centre géométrique du microcapteur peut coïncider avec un centre géométrique de la couche en matériau diélectrique. Le centre du microcapteur peut être compris dans un axe de révolution du microcapteur. L'axe de révolution du microcapteur peut être parallèle à la direction de l'empilement de couches du microcapteur.

De préférence, dans la seconde configuration, le centre géométrique du microcapteur coïncide avec la portion centrale de la couche de l'au moins une paire de couches recouvrant la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

De préférence, le ZTeffectif d u microcapteur est supérieur ou égal à 0,1, de préférence encore à 0,2, de manière préférée à 0,3, de manière encore préférée à 0,4, de manière davantage préférée à 0,5, de manière encore davantage préférée à 0,6, de manière particulièrement préférée à 0,7, de manière particulièrement avantageuse à 0,8 et de manière tout particulièrement avantageuse à 0,9. De manière avantageuse, le ZTeffectif d u microcapteur est égal à 1.

De préférence, le ZTeffectif d u microcapteur est inférieur ou égal à 1,9, de préférence encore à 1,8, de manière préférée à 1,7, de manière encore préférée à 1,6, de manière davantage préférée à 1,5, de manière encore davantage préférée à 1,4, de manière particulièrement préférée à 1,3, de manière particulièrement avantageuse à 1,2, de manière tout particulièrement avantageuse à 1,1 et de manière préférée entre toutes à 1,05.

Le facteur de mérite ZTeffectif d u microcapteur peut être défini comme le facteur de mérite thermoélectrique. Dans l'état de l'art, le facteur de mérite thermoélectrique est utilisé pour évaluer l'efficacité des modules de réfrigération thermoélectrique, typiquement l'efficacité des modules Peltier. Dans ce domaine, il est toujours cherché à maximiser le facteur de mérite ZTeffectif du dispositif pour obtenir un rendement de conversion maximal.

Selon l'invention, les inventeurs ont observé que la conception d'un capteur thermique agencé de sorte que son ZTeffectif soit proche de 1 ou égale à 1 permet d'obtenir la meilleure sensibilité et le meilleur seuil de détection. L'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que décrit ci-dessus permet d'obtenir un microcapteur dont le ZTeffectif est proche de 1 ou égale à 1.

De préférence, une conductivité thermique du microcapteur est inférieure ou égale à 10 W.nrTK' ¹ .

De préférence, la conductivité thermique du microcapteur s'entend de la conductivité thermique mesurée entre les deux portions annulaires de la couche métallique. De préférence, la conductivité thermique du microcapteur s'entend de la conductivité thermique mesurée entre les deux portions annulaires de chacune des paires de couches de l'au moins une paire de couches.

De préférence, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus permet de minimiser les pertes thermiques entre les couches de l'empilement de couches du microcapteur mais également entre le microcapteur et son environnement. De préférence, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus permet de minimiser les pertes thermiques le long de l'axe d'empilement des couches du microcapteur. De préférence, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus permet d'augmenter la sensibilité et le seuil de détection du microcapteur. En outre, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus, bien que constituant une amélioration de l'invention, peut contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1.

De préférence, une constante de temps thermique, notée tau, du microcapteur est inférieure ou égale à 10 s, tau est égal au rapport entre une capacité calorifique du microcapteur et la conductivité thermique du microcapteur.

De préférence, la capacité calorifique du microcapteur s'entend de la capacité calorifique dans une zone centrale du microcapteur. De préférence encore, la capacité calorifique du microcapteur s'entend de la capacité calorifique d'une zone centrale et/ou d'une portion des couches de l'empilement de couches. La zone centrale du microcapteur peut être définie comme la zone du microcapteur où la puissance du rayonnement thermique est absorbée. De préférence, dans la première configuration, la capacité calorifique du microcapteur s'entend de la capacité calorifique mesurée entre la portion centrale de la couche métallique et la portion des couches de l'au moins une paire de couches recouvertes par la portion centrale.

De préférence, dans la seconde configuration, la capacité calorifique du microcapteur s'entend de la capacité calorifique mesurée entre la portion centrale de la couche de l'au moins une paire de couches recouvrant la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

De préférence, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus permet d'obtenir une telle constante de temps thermique. De préférence, l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur tel que défini ci-dessus permettant d'obtenir une telle constante de temps thermique permet de diminuer le temps de réponse du microcapteur.

De préférence encore, l'agencement du microcapteur selon l'invention, de préférence encore le microcapteur selon l'invention dont le ZTeffectif compris entre 0,1 et 1,9 et/ou dont la conductivité thermique du microcapteur est inférieure ou égale à 10 W.nr ^K’ ¹ et/ou dont la constante de temps thermique, notée tau, du microcapteur est inférieure ou égale à 10 s permet d'obtenir une détectivité spécifique supérieure aux détecteurs de l'état de la technique. De préférence, la détectivité spécifique du microcapteur selon l'invention est supérieure ou égale à 1.10 ⁹ cm.Hz°' ⁵ .W ¹ , de préférence à 5.10 ⁹ , de préférence encore à 1.10 ¹⁰ , de manière davantage préférée à 5.1O ¹⁰ et de manière encore davantage préférée à 1.10 ¹¹ cm.Hz°' ⁵ .W ¹ .

De préférence, chacune des couches de l'au moins une paire de couches présente un paramètre ZT compris entre 0,1 et 1,9.

De préférence, le ZT de chacune des couches de l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur est supérieur ou égal à 0, 1, de préférence encore à 0,2, de manière préférée à 0,3, de manière encore préférée à 0,4, de manière davantage préférée à 0,5, de manière encore davantage préférée à 0,6, de manière particulièrement préférée à 0,7, de manière particulièrement avantageuse à 0,8, de manière tout particulièrement avantageuse à 0,9. De manière avantage le ZT de chacune des couches de l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur est égal à 1.

De préférence, le ZT de chacune des couches de l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur est inférieur ou égal à 1,9, de préférence encore à 1,8, de manière préférée à 1,7, de manière encore préférée à 1,6, de manière davantage préférée à 1,5, de manière encore davantage préférée à 1,4, de manière particulièrement préférée à 1,3, de manière particulièrement avantageuse à 1,2, de manière tout particulièrement avantageuse à 1,1 et de manière préférée entre toutes à 1,05.

Des couches de l'au moins une paire de couches présentant un paramètre ZT compris entre 0,1 et 1,9, bien que constituant une amélioration de l'invention, peuvent contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1.

De préférence, un ratio entre une épaisseur, s'étendant selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur, d'une couche ou des couches de l'au moins une paire de couches et, pour une couche considérée de l'au moins une paire de couches :

- dans la première configuration, une distance (R.1-R.2) entre la portion centrale de la couche de métal recouvrant la couche considérée et la portion annulaire de la couche de métal recouvrant la couche considérée est inférieur à 0,1 %, de préférence à 0,05 %, de préférence encore à 0,01 %, ou

- dans la seconde configuration, une distance (R.1-R.2) entre la portion centrale de la couche considérée et la portion annulaire de la couche de métal recouvrant la couche considérée est inférieur à 0,1 %, de préférence à 0,05 %, de préférence encore à 0,01 % ; la distance (R.1-R.2) est comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe d'empilement des couches du microcapteur.

De préférence, l'épaisseur de l'au moins une paire de couche est inférieure ou égale à 10 pm.

Il peut être entendu par bord, par exemple du microcapteur ou d'une couche, une bordure, une extrémité périphérique, un contour ou un pourtour du microcapteur.

De préférence, le microcapteur, de préférence encore chacune des couches de l'empilement de couches formant le microcapteur, présente une géométrie sphérique. De préférence, la longueur des couches de l'au moins une paire de couches, de préférence encore une longueur de chacune des couches de l'empilement de couches formant le microcapteur, s'étend radialement depuis un centre du microcapteur vers le bord du microcapteur.

Le microcapteur, de préférence encore chacune des couches de l'empilement de couches formant le microcapteur, peut présenter une géométrie rectangulaire ou carré. De préférence, la longueur des couches de l'au moins une paire de couches, de préférence encore une longueur de chacune des couches de l'empilement de couches formant le microcapteur, s'étend selon une longueur ou une largeur du carré ou du rectangle, de préférence depuis un centre du microcapteur vers le bord du microcapteur.

De préférence, l'agencement des couches de l'au moins une paire de couches respectant ce ratio permet de maximiser le gradient de température, dans chacune des couches de l'au moins une paire de couches, entre la portion centrale de la couche de métal et les portions annulaires de la couche de métal, pour la première configuration, et entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches et les portions annulaires de la couche de métal. De préférence, l'agencement des couches de l'au moins une paire de couches respectant ce ratio permet de minimiser le gradient de température, dans chacune des couches de l'au moins une paire de couches, entre la couche de métal et la couche de matériau diélectrique. L'agencement des couches de l'au moins une paire de couches respectant ce ratio, bien que constituant une amélioration de l'invention, peut contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1.

De préférence, dans la première configuration du microcapteur, une surface de contact entre la portion centrale de la couche métallique et l'au moins une paire de couches est supérieure à 0,1 %, de préférence encore à 0,25 %, de manière préférée à 0,5 %, de manière encore préférée à 0,75 %, de manière davantage préférée à 1 %, de manière encore davantage préférée à 2 %, de manière particulièrement préférée à 4 %, de manière particulièrement avantageuse à 6 %, de manière tout particulièrement avantageuse à 8 % et de manière préférée entre toutes à 10 %, d'une surface totale d'une face de l'au moins une paire de couches qui est en regard de la couche métallique.

De préférence, dans la seconde configuration du microcapteur, la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches est supérieure à 0,1 %, de préférence encore à 0,25 %, de manière préférée à 0,5 %, de manière encore préférée à 0,75 %, de manière davantage préférée à 1 %, de manière encore davantage préférée à 2 %, de manière particulièrement préférée à 4 %, de manière particulièrement avantageuse à 6 %, de manière tout particulièrement avantageuse à 8 % et de manière préférée entre toutes à 10 %, d'une surface totale d'une face de la couche de l'au moins une paire de couches dont la portion centrale recouvre la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches et/ou d'une surface totale d'une face de la couche de l'au moins une paire de couches dont la portion centrale est recouverte par la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches. De préférence, une surface de contact entre les deux portions annulaires de la couche métallique et l'au moins une paire de couches est supérieure à 10 %, de préférence encore à 20 %, de manière préférée à 30 %, de manière encore préférée à 40 %, de manière davantage préférée à 50 %, de manière encore davantage préférée à 55 %, de manière particulièrement préférée à 60 %, de manière particulièrement avantageuse à 70 %, de manière tout particulièrement avantageuse à 80 % et de manière préférée entre toutes à 90 %, d'une surface totale d'une face de l'au moins une paire de couches qui est en regard de la couche métallique.

De préférence, un tel agencement des surfaces de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches, associé à la forte conductivité thermique et électrique de la couche métallique, permet de diminuer les résistances de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches et, en outre, pour la seconde configuration un tel agencement de la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches permet de diminuer les résistances de contact au niveau de la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches. De préférence, un tel agencement des surfaces de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches associé à la forte conductivité thermique et électrique de la couche métallique, et, en outre, pour la seconde configuration un tel agencement de la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches, permet d'homogénéiser la température au niveau de l'extrémité proximale et de l'extrémité distale des couches de l'au moins une paire de couches. De préférence, un tel agencement des surfaces de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches, associé à la forte conductivité thermique et électrique de la couche métallique permet d'obtenir un compromis optimal entre une diminution des résistances de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches, et une bonne homogénéisation de la température entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches et, en outre, pour la seconde configuration un tel agencement de la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches, permet d'obtenir un compromis optimal entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches, et une bonne homogénéisation de la température entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches. Bien que constituant une amélioration de l'invention, l'agencement des surfaces de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches, et, en outre, pour la seconde configuration l'agencement de la surface de contact entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches, tels que décrits ci-dessus, associé à la forte conductivité thermique et électrique de la couche métallique peut contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche de 1 ou égal à 1.

Le microcapteur peut comprendre, au niveau de la surface de contact entre la portion centrale de la couche métallique et l'au moins une paire de couches, et, pour la seconde configuration, entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches, une couche mince intermédiaire visant à diminuer la résistance de contact entre la couche métallique et l'au moins une paire de couches, et, pour la seconde configuration, entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches. De préférence, la couche métallique et/ou l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur peut comprendre des éléments chimiques constitutifs de la couche mince intermédiaire ayant diffusés dans la couche métallique et/ou dans l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur.

De préférence, les matériaux constituant les couches de l'au moins une paire de couches sont :

- des matériaux semiconducteurs comprenant du Tellurure et/ou du Bismuth et/ou du Germanium et/ou de l'antimoine, et/ou

- des alliages de Heusler.

De préférence, le matériau semiconducteur constituant l'au moins une paire de couches comprend, ou est constitué à au moins 90 %, en pourcentage atomique, du Tellurure de Bismuth ou du Tellurure de Germanium ou du Tellure de Plomb ou du Tellure d'Antimoine ou un alliage d'Antimoine-Plomb ou un alliage de Silicium-Germanium.

De préférence, pour une température de mesure avoisinant les 300 K, le matériau semiconducteur est en Tellure de Bismuth.

De préférence, pour une température de mesure avoisinant les 700 K, le matériau semiconducteur est un alliage comprenant du Tellure, de l'Antimoine, du Germanium et de l'Argent ou un alliage comprenant du Plomb et du Tellure.

De préférence, pour une température de mesure avoisinant les 900 K, le matériau semiconducteur est un alliage comprenant du Zinc et de l'Anitmoine ou ses dérivés ou de la skuttérudite.

De préférence, pour une température de mesure avoisinant les 1200 K, le matériau semiconducteur est un alliage comprenant du Silicum et du Germanium. De préférence, l'au moins une paire de couches repose intégralement sur la couche en matériau diélectrique.

De préférence, la totalité d'une surface ou d'une face de l'au moins une paire de couches qui est en regard de la couche en matériau diélectrique est en contact avec le matériau diélectrique.

De préférence, la caractéristique du microcapteur selon laquelle la totalité des couches de l'au moins une paire de couches est en contact avec la couche en matériau diélectrique permet de diminuer les pertes ou échanges électriques et/ou les pertes ou échanges thermiques des couches de l'au moins une paire de couches avec l'environnement du microcapteur. Un tel agencement des couches de l'au moins une paire de couches, bien que constituant une amélioration de l'invention, peut contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1.

De préférence, le microcapteur comprend une couche de matériau absorbant recouvrant, de préférence recouvrant uniquement :

- dans la première configuration, la portion centrale de la couche de métal, ou

- dans la seconde configuration, la portion centrale de la couche de l'au moins une paire de couches recouvrant la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches, ladite couche de matériau absorbant est apte à absorber la chaleur sur une large gamme de longueur d'onde.

De préférence, la couche en matériau absorbant recouvre une surface supérieure de la portion centrale de la couche de métal ou une surface supérieure de la couche de l'au moins une paire de couches recouvrant la portion centrale de l'autre couche de l'au moins une paire de couches.

Il peut être entendu par large gamme de longueur d'onde des longueurs d'ondes comprises entre la centaine de nanomètres et quelques centaines de microns.

Le matériau absorbant peut être un matériau diélectrique. Le matériau absorbant peut être du noir de carbone, de l'or noir ou du noir de platine.

De préférence, le microcapteur est agencé et/ou comprend des moyens de fixation destinés ou aptes à coopérer avec une chambre à vide pour que l'au moins une paire de couches en matériau semiconducteur et la couche de métal et/ou la couche de matériau absorbant et/ou la couche en matériau diélectrique et/ou le support matériau en conducteur thermique soient maintenus sous vide primaire ou secondaire. De préférence, l'utilisation du microcapteur sous conditions ambiantes de pressions offre des sensibilités et des seuils de détection inférieurs à ceux de l'état de la technique. L'utilisation du microcapteur sous vide n'est pas nécessaire mais permet d'améliorer encore davantage la sensibilité et le seuil de détection du microcapteur.

De préférence, une épaisseur, s'étendant selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur, des couches de l'au moins une paire de couches et/ou une épaisseur, s'étendant selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur, de la portion centrale et/ou des portions annulaires de la couche de métal est comprise entre 0,01 et 10 pm et/ou une épaisseur, s'étendant selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur, de la couche de matériau absorbant est comprise entre 0,1 et 10 pm.

De préférence, les épaisseurs des couches de l'empilement de couches du microcapteur telles que décrites ci-dessus permettent de diminuer, de préférence de rendre négligeable, le gradient de température, dans chacune des couches de l'empilement de couches du microcapteur, selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur. De préférence, les épaisseurs des couches de l'empilement de couches du microcapteur telles que décrites ci-dessus permettent de maximiser le gradient de température, dans chacune des couches de l'au moins une paire de couches, entre la portion centrale de la couche de métal et les portions annulaires de la couche de métal, pour la première configuration, ou entre les portions centrales des deux couches de l'au moins une paire de couches et les portions annulaires de la couche de métal, pour la seconde configuration. Les épaisseurs des couches de l'empilement de couches du microcapteur telles que décrites ci-dessus, bien que constituant une amélioration de l'invention, peuvent contribuer à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1.

De préférence, le support en matériau conducteur thermique est annulaire et s'étend le long d'un pourtour de la face inférieure du microcapteur.

De préférence, l'effet du support en matériau conducteur thermique annulaire s'étendant le long du pourtour de la face inférieure du microcapteur permet de générer un gradient de température s'étendant radialement ou depuis le centre du microcapteur, où la puissance du rayonnement thermique est absorbée, vers la périphérie ou le pourtour du microcapteur.

De préférence, une épaisseur, s'étendant selon l'axe d'empilement des couches du microcapteur, de la partie de la couche en matériau diélectrique qui est en vis-à-vis du support en matériau conducteur thermique annulaire est supérieure à l'épaisseur du reste de la couche en matériau diélectrique. Autrement dit, de préférence, une épaisseur de la couche en matériau diélectrique varie dans le plan perpendiculaire à l'axe d'empilement des couches du microcapteur. De préférence, la couche en matériau diélectrique comprend une partie, dite centrale, et une partie annulaire qui s'étend le long d'un pourtour de la couche en matériau diélectrique. De préférence, le reste de la couche en matériau diélectrique correspond à la partie centrale de la couche en matériau diélectrique. De préférence, la partie annulaire de la couche en matériau diélectrique correspond à la partie de la couche en matériau diélectrique qui est en vis-à-vis du support en matériau conducteur thermique annulaire. De préférence, la partie centrale de la couche en matériau diélectrique s'étend depuis un centre de la couche en matériau diélectrique jusqu'à la partie annulaire de la couche en matériau diélectrique. De préférence, le centre de la couche en matériau diélectrique coïncide ou est confondu avec l'axe de révolution du microcapteur.

De préférence, l'épaisseur de la partie annulaire de la couche en matériau diélectrique présente une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la partie centrale de la couche en matériau diélectrique.

De préférence, l'épaisseur du reste de la couche en matériau diélectrique est inférieure à 20 pm, de préférence encore à 18 pm, de manière préférée à 16 pm, de manière encore préférée à 14 pm, de manière davantage préférée à 12 pm, de manière encore davantage préférée à 10 pm. De préférence, l'épaisseur du reste de la couche en matériau diélectrique est inférieure à 9 pm, de préférence encore à 8 pm, de manière préférée à 7 pm, de manière encore préférée à 6 pm, de manière davantage préférée à 5 pm, de manière encore davantage préférée à 4 pm, de manière particulièrement préférée à 3 pm, de manière particulièrement avantageuse à 2 pm et de manière préférée entre toutes à 1 pm.

De préférence, le matériau diélectrique peut comprendre uniquement une partie annulaire. Autrement dit, le matériau diélectrique peut ne pas comprendre de partie centrale.

De préférence, l'épaisseur de la partie de la couche en matériau diélectrique qui est en vis-à-vis du support en matériau conducteur thermique annulaire est comprise entre 1 et 100 pm, de préférence encore entre 12,5 et 50 pm.

De préférence, une longueur de la couche en matériau diélectrique et/ou une longueur du support en matériau conducteur thermique est supérieure à une longueur des autres couches de l'empilement de couches du microcapteur ; pour chacune des couches de l'empilement de couches du microcapteur, la longueur d'une couche considérée de l'empilement de couches du microcapteur est comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe d'empilement des couches du microcapteur et s'étend entre une portion centrale et un bord, de préférence un bord externe, de la couche considérée.

De préférence, la longueur d'une couche considérée de l'empilement de couches du microcapteur s'étend entre une extrémité, dite proximale, située du côté du centre du microcapteur et une extrémité, dite distale, située du côté du bord externe, de la couche considérée.

De préférence, la couche en matériau diélectrique et/ou le support en matériau conducteur thermique s'étendent, radialement ou selon la direction reliant le centre du microcapteur aux bords du microcapteur, au-delà des autres couches de l'empilement de manière à empêcher un court-circuit entre l'au moins une paire de couches et/ou la couche de métal et le support en matériau conducteur thermique.

Selon l'invention, il est également proposé un procédé de fabrication d'un microcapteur selon l'invention. Le procédé comprend les étapes consistant à :

- déposer une couche constituée d'un matériau diélectrique sur un support en matériau conducteur thermique,

- réaliser une première succession d'étapes de microfabrication pour former une première couche d'une paire de couches, destinées à former un thermocouple, recouvrant une première partie de la couche en matériau diélectrique,

- réaliser une deuxième succession d'étapes de microfabrication pour former une deuxième couche de la paire de couches, destinées à former le thermocouple, recouvrant une deuxième partie de la couche en matériau diélectrique, les première et deuxième couches de la paire de couches sont séparées, par une tranchée, d'une distance minimale supérieure à 500 nm,

- réaliser une troisième succession d'étapes de microfabrication pour former une couche de métal recouvrant partiellement la paire de couches, la couche de métal comprend deux portions annulaires par paire de couches, une des deux portions annulaires recouvre une portion périphérique d'une des deux couches de la paire de couches et l'autre des deux portions annulaires recouvre une portion périphérique de l'autre des deux couches de la paire de couches ; dans une première configuration du microcapteur, la couche de métal comprend une portion centrale qui recouvre, au moins, une portion de chacune des deux couches de la paire de couches qui est adjacente à la tranchée, et dans une seconde configuration du microcapteur, une portion centrale de la deuxième couche de la paire de couches recouvre une portion centrale de la première couche de la paire de couches.

Le procédé d'obtention du microcapteur peut également comprendre une ou des étapes de traitement de la surface de contact entre la couche métallique et la paire de couches permettant de diminuer les résistances de contact entre la couche métallique et la paire de couches en matériau semiconducteur. De préférence, un tel traitement vise à diminuer la résistance de contact entre la couche métallique et la de couches en matériau semiconducteur.

Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté, de préférence encore spécialement conçu, pour mettre en œuvre le microcapteur selon l'invention. Ainsi, toute caractéristique du microcapteur selon l'invention peut être intégrée dans le procédé selon l'invention et inversement.

Description des figures

D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :

[Fig. 1] la FIGURE 1 est une représentation schématique en vue de dessus d'un premier mode de réalisation du microcapteur thermoélectrique selon l'invention,

[Fig. 2] la FIGURE est une représentation schématique en vue en coupe du microcapteur illustré sur la FIGURE 1,

[Fig. 3] la FIGURE 3 est une représentation schématique en vue en coupe du microcapteur illustré sur la FIGURE 1,

[Fig. 4] la FIGURE 4 est une représentation schématique en vue en coupe du microcapteur illustré sur la FIGURE 1,

[Fig. 5] la FIGURE 5 est une représentation schématique en vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un microcapteur thermoélectrique selon l'invention, [Fig. 6] la FIGURE 6 est une représentation schématique en vue en coupe du microcapteur illustré sur la FIGURE 5,

[Fig. 7] la FIGURE 7 est une représentation schématique en vue en coupe du microcapteur illustré sur la FIGURE 5,

[Fig. 8] la FIGURE 8 est un graphique illustrant les variations de températures dans le temps d'un corps noir mesurées par le microcapteur,

[Fig. 9] la FIGURE 9 est un graphique illustrant les variations de températures dans le temps d'un corps noir mesurées par le microcapteur,

[Fig. 10] la FIGURE 10 est un graphique illustrant les variations de puissances thermiques dans le temps d'une diode électroluminescente mesurées par le microcapteur,

[Fig. 11] la FIGURE 11 est un graphique illustrant les variations de puissances thermiques dans le temps d'une diode électroluminescente mesurées par le microcapteur,

[Fig. 12] la FIGURE 12 est un graphique illustrant les variations de puissances thermiques dans le temps d'une diode électroluminescente mesurées par le microcapteur,

[Fig. 13] la FIGURE 13 est un graphique illustrant les variations de puissances thermiques dans le temps d'une diode électroluminescente mesurées par le microcapteur. Description des modes de réalisation

Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.

En référence aux FIGURES 1 à 7, il est présenté un microcapteur thermoélectrique 1 selon l'invention. Le microcapteur 1 est formé par un empilement de couches. Le microcapteur 1 est circulaire selon le mode de réalisation présenté. Cette géométrie n'est pas limitative et l'agencement présentement décrit est transposable directement à un microcapteur 1 de géométrie quelconque, par exemple carré ou rectangulaire. Tel que décrit ci-dessous, le centre ou la partie centrale du microcapteur 1 constitue la zone de détection sur laquelle le rayonnement thermique à détecter est dirigé. Selon le mode de réalisation non limitatif, la zone de détection est située sur la face supérieure du microcapteur 1. La zone de détection pourrait très bien être située au centre de la face inférieure du microcapteur 1.

L'empilement de couches comprend un support 2 en matériau conducteur thermique. Le support 2 constitue la couche inférieure du microcapteur 1. Selon le mode de réalisation, le support 2 est en cuivre. L'empilement de couches comprend une couche 3 constituée d'un matériau diélectrique qui repose sur le support 2 en cuivre. La couche 3 en matériau diélectrique est en Kapton selon le mode de réalisation. L'empilement de couches comprend au moins une paire de couches, deux paires 51, 52 et 53, 54 de couches 51, 52, 53, 54 selon le mode de réalisation, formant un thermocouple, deux thermocouples 61, 62 selon le mode de réalisation. Chaque couche d'une paire 51, 52 et 53, 54 de couches est séparée par une tranchée 83 d'une couche d'une autre paire 51, 52 et 53, 54 de couches. Autrement dit, la couche 51 du thermocouple 61 est séparée par la tranchée 83 de la couche 53 du thermocouple 62 et la couche 52 du thermocouple 61 est séparée par la tranchée 83 de la couche 54 du thermocouple 62. L'empilement de couches comprend une couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 recouvrant partiellement les deux paires 51, 52 et 53, 54 de couches 51, 52, 53, 54. La couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 comprend deux portions annulaires 71, 72 et 71, 74 par paire 51, 52 et 53, 54 de couches 51, 52, 53, 54. Selon le mode de réalisation, la couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 comprend donc trois portions annulaires 71, 72, 74. Pour chaque thermocouple 61, 62, une des deux portions annulaires 71, 72 ou 71, 74 d'un thermocouple 61, 62 recouvre une portion périphérique d'une des deux couches 51 ou 52 et 53 ou 54 d'une des deux paires 51, 52 et 53, 54 de couches et l'autre des deux portions annulaires 71, 72 ou 71, 74 recouvre une portion périphérique de l'autre couche 51 ou 52 et 53 ou 54 des deux paires 51, 52 ou 53, 54 de couches. L'épaisseur de la couche de métal est de 1 pm selon le mode de réalisation non limitatif. La couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 est une bicouche de Nickel-Platine selon le mode de réalisation non limitatif.

Chaque thermocouple 61, 62 ou chaque paire 51, 52 et 53, 54 de couches, est agencée de sorte qu'une tranchée 81, 82 sépare les deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62. La largeur de la tranchée 81, 82, notée d, ou la distance séparant les deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62 est de 500 pm selon le mode de réalisation non limitatif.

En référence aux FIGURES 1 à 4, dans une première configuration du microcapteur 1 selon le mode de réalisation, la couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 comprend deux portions centrales 75, 76. En pratique, le microcapteur 1 comprend une portion centrale 75 ,76 par thermocouple 61, 62. Chacune des portions centrales 75, 76 recouvre une portion, qui est adjacente à la tranchée 81, 82, de chacune des deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62. Les portions centrales 75, 76 de la couche de métal ont pour effet de connecter électriquement les deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62. Les portions centrales 75, 76 de la couche de métal sont situées dans la zone de détection du microcapteur 1. En outre, les portions centrales 75, 76 de la couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 ont également pour effet d'ho- mogénéiser la température au niveau de chaque portion adjacente à la tranchée 81, 82, de chacune des deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62. Enfin, les portions centrales 75, 76 de la couche de métal 71, 72, 74, 75, 76 ont également pour effet de permettre une meilleure absorption du rayonnement thermique.

En référence aux FIGURES 5 à 7, il est illustré une seconde configuration du microcapteur 1 selon le mode de réalisation. La seconde configuration du microcapteur 1 diffère de la première configuration du microcapteur 1 uniquement dans la zone centrale du microcapteur 1 et uniquement en ce qui concerne les deux couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Seule les différences entre les deux configurations sont donc présentées. A défaut d'indication contraire, l'ensemble des caractéristiques décrites s'appliquent aux deux configurations du microcapteur 1. Dans la seconde configuration du microcapteur 1 selon le mode de réalisation, une portion centrale 91, 93 d'une couche 51, 54 parmi les deux couches 51, 52 et 53, 54 de chaque thermocouple 61, 62 recouvre une portion centrale 92, 94 de l'autre couche 52, 53. Le recouvrement des portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52 et 53, 54 de chaque thermocouple 61, 62 a pour effet de connecter électriquement les deux couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62. Les portions centrales 91, 92, 93, 94 des couches 51, 52 et 53, 54 sont situées dans la zone de détection du microcapteur En outre, le recouvrement des portions centrales 91, 92, 93, 94 des couches 51, 52 et 53, 54 de chaque thermocouple 61, 62 a également pour effet pour effet d'homogénéiser la température au niveau de chacune des portions des portions centrales 91, 92.

Selon l'invention, les matériaux constituant chacune des couches deux couches 51, 52, 53, 54 de chaque thermocouple 61, 62 sont choisis de sorte que, pour un intervalle de températures de mesure donné, noté [Tmin, Tmax], le microcapteur 1 présente un paramètre ZTeffectif compris entre 0,1 et 1,9, ZT est le facteur de mérite et T est la température de mesure. Il a été observé que la conception d'un microcapteur 1 respectant l'agencement tel que décrit ci-dessus dont le ZTeffectif soit proche de 1 ou égale à 1 permet d'obtenir la meilleure sensibilité et le meilleur seuil de détection. L'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur 1 modifie le ZTeffectif du microcapteur 1. En particulier, l'agencement des couches de l'empilement de couches modifie, entre autres, la conductivité thermique et la conductivité électrique des couches 51, 52 et 53, 54 des thermocouples 61, 62 et donc leur facteur de mérite. Aussi, il est nécessaire que le choix des matériaux constituant les couches 51, 52 et 53, 54 des thermocouple 61, 62 tienne compte de l'agencement de l'empilement de couches du microcapteur 1 dans son ensemble. Aussi, cet effet n'est pas, et ne pas être, obtenu en choisissant simplement les matériaux constituant les couches 51, 52 et 53, 54 d'un thermocouple 61, 62 de sorte que le facteur de mérite des paires de couches 51, 52 et 53, 54 des thermocouples 61, 62 soit le plus élevé possible ou le plus petite possible. Aussi, à titre d'exemple non limitatif, selon le mode de réalisation, et pour une température de fonctionnement voisine de 300 kelvins, le matériau utilisé pour les couches 51 et 54 des thermocouples 61, 62 est du tellure de Bismuth (III), (BizTez.ySeo.s), dopée p et les couches 52 et 53 des thermocouples 61, 62 sont en tellure de Bismuth (III), (Bio.5Sb1.5Te3), dopées n. Dans le cas du tellure de Bismuth, le facteur de mérite des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est de l'ordre de 1 et le facteur de mérite du microcapteur 1 est de l'ordre de 1.

En pratique, selon le mode de réalisation à deux thermocouples 61, 62, la mesure de température s'effectue en mesurant la différence de potentiel qui s'établie entre les portions annulaires 72 et 74. La différence de potentiel mesurée correspond donc à la différence de potentiel aux bornes des deux thermocouples 61, 62 montés en série.

Pour la première configuration, la portions centrale 75 connecte la couche 52 à la couche 51 de la paire de couches 51, 52 du thermocouple 61, la portion annulaire 71 connecte le thermocouple 61 au thermocouple 62 et la portion centrale 76 connecte la couche 53 à la couche 54 de la paire de couches 53, 54 du thermocouple 62.

Pour la deuxième configuration, les portions centrales 93, 94 connectent la couche 52 à la couche 51 de la paire de couches 51, 52 du thermocouple 61, la portion annulaire 71 connecte le thermocouple 61 au thermocouple 62 et les portions centrales 91, 92 connectent la couche 53 à la couche 54 de la paire de couches 53, 54 du thermocouple 62.

Ce mode de fonctionnement est transposable et adapté aux nombres de thermocouples constituant le microcapteur. En particulier, pour un microcapteur comprenant deux thermocouples ou plus et comprenant un nombre total N de couches formant les paires de couches du microcapteur, le microcapteur comprendra un nombre de portions annulaires connectant deux couches adjacentes appartenant chacune à une paire de couches distinctes est égal à ((N-2)/2). Un tel microcapteur comprendra un nombre noté M de thermocouples qui est égal à (N/2) et un nombre de portions annulaires N' qui est égal à 2M + 1.

Dans une amélioration du microcapteur 1, le support 2 est annulaire. L'épaisseur du support 2 est de 2 mm selon le mode de réalisation. Une telle épaisseur permet d'avoir au niveau du support une masse thermique importante qui définit une température constante. L'agencement du support 2 permet de maximiser le gradient de température radial, noté AT2, s'étendant latéralement ou perpendiculairement par rapport à l'axe 4 d'empilement de couches, s'établissant dans le microcapteur 1 lorsqu'un rayonnement thermique est absorbée au centre du microcapteur 1. L'optimisation du gradient de température AT2 induira une augmentation de la différence de potentiel, notée AV, mesurée aux bornes des thermocouples 61, 62, c'est-à-dire entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal d'un thermocouple 61, 62, et permettra donc d'augmenter la sensibilité et de diminuer le seuil de détection du microcapteur 1.

Dans une amélioration du microcapteur 1, la couche 3 présente une épaisseur qui varie latéralement ou radialement. L'épaisseur Z de la partie de la couche 3 en vis- à-vis du support 2 annulaire est de 25 pm. Cette épaisseur doit être suffisante pour assurer une isolation électrique entre la couche métallique 71, 72 et 71, 74 et 75, 76 et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et le support 2. Un tel agencement de la couche 3 permet de diminuer le gradient de température AT3 entre le support 2 et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 de sorte à maximiser le gradient de température AT2.

En outre, l'épaisseur p de la partie de la couche 3 s'étendant depuis le centre du microcapteur 1 jusqu'au bord intérieur ou proximal du support 2, c'est-à-dire la partie présentant un diamètre égal au double de Ri, est de 1 pm. Cette épaisseur doit être la plus faible possible pour diminuer le gradient de température latéral AT'2 au sein de la couche 3 de sorte à maximiser le gradient de température latéral AT2 dans les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Idéalement, les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 sont suspendues et la couche 3 est annulaire.

Dans une amélioration du microcapteur 1, la longueur ou le rayon R4 de la couche 3 est égale à la longueur R4 du support 2. Le rayon 4 de la couche 3 est supérieure au rayon 3 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et au rayon des portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal. Autrement dit, l'extrémité distale de la couche 3 s'étend radialement au-delà de l'extrémité distale des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et de l'extrémité distale au rayon R3-R1 des portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal. Cela a pour effet d'empêcher un court- circuit entre des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et/ou les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et le support 2 en cuivre.

Dans une amélioration du microcapteur 1, un ratio entre l'épaisseur À des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et la longueur, égale à R1-R2, des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est inférieur à 0,1 %. Le ratio est de l'ordre de 0,01 % selon le mode de réalisation. Un agencement respectant un tel ratio permet de maximiser le gradient de température latéral AT2 dans les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. De plus, un agencement respectant un tel ratio permet de minimiser le gradient de température vertical AT3 entre les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et la couche 3. En outre, pour la première configuration, un agencement respectant un tel ratio permet de minimiser le gradient de température vertical ATI entre les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et les portions centrales 75, 76 de la couche de métal.

Dans une amélioration du microcapteur 1, la constante de temps thermique, notée tau, du microcapteur 1 est inférieure ou égale à 10 s. Une telle constante de temps est obtenue grâce à l'agencement des couches de l'empilement de couches du microcapteur 1 tel que défini ci-dessus. Une telle constante de temps thermique permet de diminuer le temps de réponse du microcapteur 1.

Dans une amélioration du microcapteur 1, l'agencement du microcapteur selon l'invention, permet d'obtenir une détectivité spécifique supérieure au détecteur de l'état de la technique. Cette détectivité spécifique est comprise entre 1.10 ⁹ et 1.10 ¹¹ cm.Hz°' ⁵ .W ¹ selon le mode de réalisation. Contrairement au détecteur de l'état de l'art, la détectivité spécifique du microcapteur 1 selon l'invention ne dépend que de l'épaisseur À des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et est inversement proportionnelle à l'épaisseur À des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Par conséquent, au plus l'épaisseur À sera réduite au plus la détectivité spécifique du microcapteur 1 sera élevée.

Dans une amélioration du microcapteur 1, une surface de contact entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est supérieure à 10 % la surface totale de la face supérieure des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 qui est en regard de la couche métallique. Le ratio entre la surface de contact entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et la surface totale de la face supérieure des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples

61, 62 qui est en regard de la couche métallique est de 55 % selon le mode de réalisation. Un tel ratio a pour effet de diminuer les résistances de contact entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Un tel ratio a également pour effet d'homogénéiser la température au niveau de l'extrémité distale des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61,

62. Un tel ratio permet également d'obtenir un compromis optimal entre une diminution des résistances de contact entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et un bon transfert thermique entre les portions annulaires 71, 72 et 71, 74 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62.

Dans une amélioration de la première configuration du microcapteur 1, la surface de contact entre les portions centrales 75, 76 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est supérieure à 0,1 % de la surface totale de la face supérieure couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Le ratio est de l'ordre de 2 % selon le mode de réalisation. Un tel ratio a pour effet de diminuer les résistances de contact entre les portions centrales 75, 76 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Un tel ratio a également pour effet d'homogénéi- ser la température au niveau de l'extrémité proximale des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Un tel ratio permet également d'obtenir un compromis optimal entre une diminution des résistances de contact entre les portions centrales 75, 76 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et un bon transfert thermique entre les portions centrales 75, 76 de la couche de métal et les couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62.

Dans une amélioration de la seconde configuration du microcapteur 1, la surface de contact entre les portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est supérieure à 0,1 % de la surface totale d'une face supérieure des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Le ratio entre la surface de contact entre les portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et la surface totale d'une face supérieure des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 est de 2 % selon le mode de réalisation. Un tel ratio a pour effet de diminuer les résistances de contact entre les portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Un tel ratio a également pour effet d'homogénéiser la température au niveau des portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Un tel ratio permet également d'obtenir un compromis optimal entre une diminution des résistances de contact entre les portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62 et un bon transfert thermique entre les portions centrales 91, 92 et 93, 94 des couches 51, 52, 53, 54 des thermocouples 61, 62. Enfin, bien que non nécessaires à l'obtention d'un ZTeffectif du microcapteur 1 proche ou égal à 1, chacune des améliorations décrites ci-dessus contribuent à l'obtention d'un ZTeffectif proche ou égal à 1 en diminuant l'écart entre le facteur de mérite ZT des paires de couches 51, 52 et 53, 54 des thermocouples 61, 62 et le facteur de mérite ZTeffectif du microcapteur 1.

Il est également décrit un mode de réalisation du procédé de fabrication du microcapteur 1 selon l'invention. Le procédé comprend l'étape consistant à déposer la couche en Kapton sur le support 2 annulaire en cuivre. Selon le mode de réalisation non limitatif, le Kapton est collé sur le support 2 en cuivre, de préférence préalablement nettoyé à l'éthanol. Une presse est placée sur la bague de cuivre et celle-ci est chauffée pendant une dizaine d'heures à 120°C afin de sécher la colle.

Le procédé comprend ensuite l'étape consistant à réaliser une première succession d'étapes de microfabrication pour former les couches 51 et 54 recouvrant chacune une première partie de la couche 3 en Kapton. Selon le mode de réalisation non limitatif, la première succession d'étapes comprenant un étalement, par spin-coating, de résine positive S1818 à une vitesse de rotation comprise entre 6000 rpm/s et 4000 rpm/s pendant une durée de 30s. La résine est ensuite développée pendant 1min dans une solution 1 : 1 de microposit développeur et eau déionisée. La résine est ensuite insolée. Un film en BizTes type p est déposé par pulvérisation cathodique assistée par magnétron sur l'ensemble de la surface. La résine est ensuite retirée en immergeant l'échantillon 5 min dans de l'acétone puis 5 min dans de l'éthanol pour obtenir les couches 51 et 54.

Le procédé comprend ensuite l'étape consistant à réaliser une deuxième succession d'étapes de microfabrication pour former les couches 52 et 53 en BizTes type n recouvrant une deuxième partie de la couche 3 en Kapton. Les étapes de microfabrication mises en œuvre sont identiques à celles de la première succession d'étapes.

Le procédé comprend, en outre, un recuit des couches 51, 52, 53, 54 sous argon à une pression de 600 mbar. Les couches 51, 52, 53, 54 sont recuites à 270°C entre 2 heures et 3 heures.

Le procédé comprend ensuite l'étape consistant réaliser une troisième succession d'étapes de microfabrication pour former les trois portions annulaires 71, 72, 74.

Pour la mise en œuvre du microcapteur 1 selon la première configuration, la troisième succession d'étapes de microfabrication comprend, en outre, la réalisation des portions central 75, 76 de la couche de métal qui recouvrent une portion de chacune des deux couches de la paire de couches qui est adjacente à la tranchée. Les étapes de microfabrication mises en œuvre lors de la troisième succession d'étapes sont identiques à celles des première et deuxième successions d'étapes. Le dépôt de la bicouche de Nickel-Platine est réalisée par pulvérisation cathodique assistée par magnétron X.

Pour la mise en œuvre du microcapteur 1 selon la seconde configuration, les première et deuxième successions d'étapes de microfabrication pour former les couches 51, 52, 53 et 54 sont réaliser de sorte que les portions centrales 91, 93 de la deuxième couche de la paire de couches recouvre la portion centrale 92, 94 de la première couche de la paire de couche.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les dimensions du microcapteur 1 sont réduites, en particulier les dimensions Ri, 2, 3, R4 sont réduites, à titre d'exemple non limitatif, de sorte que la distance 2. i soit comprise entre 1 mm et 0,01 mm. Ainsi, il est prévu de former un réseau ou une matrice de microcapteurs 1, répartis sur une surface à deux dimensions, constituant ainsi une caméra thermique.

En référence aux FIGURES 8 à 13, il est illustré les performances du microcapteur 1 selon l'invention.

Sur la FIGURE 8 est présenté les variations de températures, mesurées par le microcpateur 1, d'un corps noir de température constante qui est placé à quelques centimètres du microcapteur 1. Le microcapteur 1 affiche un bruit pic à pic inférieur à 10 microkelvins. Les dérives sont liées aux variations de température de la pièce dans laquelle est placé le microcapteur 1 et le corps noir. Elles sont inférieures à 80 microkelvins sur les trois heures de l'expérience. Chaque point expérimental est une mesure par seconde de la température.

Sur la FIGURE 9 est présenté les variations de températures, mesurées par le microcapteur 1, d'un corps noir placé à quelques centimètres du microcapteur 1. Les variations de températures du corps noir sont de quelques centaines de microkelvins et sont imposées par l'expérimentateur. Chaque point expérimental est une mesure par seconde de la température.

Sur la FIGURE 10 est présenté les variations, mesurées par le microcapteur 1, de la puissance thermique fournie par une diode électroluminescente (LED) émettant une à une longueur d'onde de 680 nm. La lumière émise par la LED est colimatée jusqu'au centre du microcapteur 1. Le signal de puissance est enregistré en fonction du temps avec un point toute les 1,3 secondes. Le microcapteur 1 est apte à mesurer des variations de la puissance de la LED de 200 nW, 1 .W, 10pW, 100 |_iW et 1 mW. La dynamique de mesure dans le temps est présentée en échelle logarithmique. Il a été observé que le microcapteur 1 a une limite haute de puissance mesurable de 600 mW.

En référence aux FIGURES 11, 12 et 13 respectivement, il est illustré les variations, mesurées par le microcapteur 1, de la valeur de la puissance thermique fournie par des diodes LEDs émettant respectivement à 680, 1050 et 1650 nm. La lumière émise par les LEDs est colimatée jusqu'au centre du microcapteur 1. Le signal de puissance est illustré en fonction du temps avec un point enregistré toute les 0,64, 1,3 et 1,3 secondes respectivement. En référence à la FIGURE 11, le microcapteur 1 est capable de mesurer une variation de la puissance de la LED de 250 nW environ avec un bruit pic à pic de 50 nW environ. En référence à la FIGURE 12, le microcapteur 1 est capable de mesurer une variation de la puissance de la LED de 250 nW environ avec un bruit pic à pic de 50 nW environ. En référence à la FIGURE 13, le microcapteur 1 est capable de mesurer une variation de la puissance de la LED de 350 nW environ avec un bruit pic à pic de 50 nW environ.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Ainsi, dans des variantes combinables entre elles des modes de réalisation précédemment décrits :

- dans la seconde configuration du microcapteur 1, la couche de métal recouvre, en outre, les portions centrales 91, 93 des couches 51, 54, et/ou

- dans la seconde configuration, le microcapteur 1 comprend une couche de matériau absorbant recouvrant les portions centrales 91, 93 des couches 51, 54 ou recouvrant la couche de métal qui recouvre les portions centrales 91, 93 des couches 51, 54, et/ou

- dans la première configuration, le microcapteur 1 comprend une couche de matériau absorbant recouvrant les portions centrales 75, 76 de la couche de métal.

De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.