ASSOCIE

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention a trait au domaine de la détection de rayonnements électromagnétiques et, plus précisément, à la détection de rayonnements infrarouges. L’invention concerne, d’une part, la structure d’un micro-bolomètre dont la membrane présente une faible capacité thermique sans que l’absorption du flux infrarouge en soit impactée et, d’autre part, un procédé de réalisation associé.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE

Dans le domaine des détecteurs mis en œuvre pour l’imagerie infrarouge, il est connu d'utiliser des dispositifs agencés sous forme matricielle, susceptibles de fonctionner à température ambiante, c'est-à-dire ne nécessitant pas de refroidissement à de très basses températures, contrairement aux dispositifs de détection appelés "détecteurs quantiques" qui eux, nécessitent un fonctionnement à très basse température. Ces détecteurs utilisent traditionnellement la variation d’une grandeur physique d’un matériau ou assemblage de matériaux approprié(s), en fonction de la température, au voisinage de 300K. Dans le cas particulier des détecteurs micro-bolométriques, les plus couramment utilisés, cette grandeur physique est la résistivité électrique, mais d’autres grandeurs peuvent être exploitées, telle la constante diélectrique, la polarisation, la dilatation thermique, l’indice de réfraction, etc.

Un tel détecteur non refroidi associe généralement :

des moyens d'absorption du rayonnement thermique et de conversion de celui-ci en chaleur ;

- des moyens d'isolation thermique du détecteur, de telle sorte à permettre à celui-ci de s'échauffer sous l'action du rayonnement thermique ;

des moyens de thermométrie qui, dans le cadre d'un détecteur micro-bolométrique, mettent en œuvre un élément résistif dont la résistance varie avec la température ; et des moyens de lecture des signaux électriques fournis par les moyens de thermométrie. Les détecteurs destinés à l'imagerie thermique, ou infrarouge, sont classiquement réalisés sous la forme d'une matrice de détecteurs élémentaires formant des points d’image ou pixels, selon une ou deux dimensions. Pour garantir l’isolation thermique des détecteurs, ces derniers sont suspendus au-dessus d’un substrat via des bras de soutien.

Le substrat comporte usuellement des moyens d'adressage séquentiel des détecteurs élémentaires et des moyens d’excitation électrique et de pré-traitement des signaux électriques générés à partir de ces détecteurs élémentaires. Ce substrat et les moyens intégrés sont communément désignés par le terme « circuit de lecture ».

Pour obtenir une scène par l'intermédiaire de ce détecteur, cette scène est captée à travers une optique adaptée sur la matrice de détecteurs élémentaires, et des stimuli électriques cadencés sont appliqués par l'intermédiaire du circuit de lecture à chacun des détecteurs élémentaires, ou à chaque rangée de tels détecteurs, afin d'obtenir un signal électrique constituant l’image de la température atteinte par chacun desdits détecteurs élémentaires. Ce signal est traité de manière plus ou moins élaborée par le circuit de lecture, puis éventuellement par un dispositif électronique extérieur au boîtier afin de générer l’image thermique de la scène observée.

Plus précisément, un détecteur élémentaire est formé d’au moins une membrane mince maintenue en suspension fixe au-dessus du substrat. Une membrane « mince » correspond classiquement à une membrane dont l’épaisseur totale est de l’ordre de 0,1 à 0,5 micromètre.

La membrane intègre un matériau thermométrique qui réalise une transduction des rayonnements infrarouges, formant les moyens de thermométrie. Le volume du matériau thermométrique permet de régler le rapport signal sur bruit lors de la mesure de la résistance thermique.

La mesure de la résistance thermique du matériau thermométrique est réalisée par un matériau absorbeur, par exemple métallique, s’étendant sous le matériau thermométrique et dans les bras de soutien. Outre la lecture du signal aux bornes du matériau thermomètre, le matériau absorbeur a également pour fonction d’absorber le flux infrarouge pour le transmetre au matériau thermométrique. La quantité de rayonnements infrarouges absorbée est dépendante de la surface de cet absorbeur. Pour optimiser l’absorption du rayonnement infrarouge, le matériau absorbeur couvre un maximum de surface dans l’empreinte du pixel. En pratique, sa surface est limitée par celle de la membrane. L’épaisseur du matériau absorbeur est ajustée de façon à ce que son impédance effective par carré soit adaptée à celle du vide : Zo = 377 ohm. L’ absorbeur étant typiquement plein pour maximiser sa surface, l’impédance carrée de la couche de l’absorbeur est alors égale à Zo. Si l’absorbeur était constitué d’un réseau de motifs sub-lambda présentant un taux de remplissage égal à « tau », par exemple avec un motif de plots métallique ou un motif de trous dans une couche métallique, l’impédance de la couche métallique constituant l’absorbeur serait égale à Zo/tau. L’ajustement de cette impédance s’effectuerait donc par un épaississement de la couche métallique.

Pour garantir l’isolation électrique entre le matériau thermométrique et le matériau absorbeur métallique, une couche diélectrique est disposée entre ces deux matériaux. Deux autres couches diélectriques peuvent également être disposées de part et d’autre de la membrane pour assurer la protection et la cohésion mécanique entre les différents matériaux.

Par exemple, une membrane peut être constituée d’un empilement d’une première couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d’épaisseur, d’un matériau absorbeur en nitrure de titane de 8 nanomètres d’épaisseur, d’une seconde couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d’épaisseur, d’un matériau thermoélectrique en silicium amorphe de 100 nanomètres d’épaisseur, et d’une troisième couche diélectrique en nitrure de silicium de 30 nanomètres d’épaisseur. Ainsi, la membrane présente une épaisseur de 0.198 micromètre. Bien entendu, les matériaux peuvent changer et, par exemple, le matériau absorbeur peut être réalisé en titane ou en platine.

La membrane est maintenue en suspension à l’aide de bras de soutien assurant le maintien et l’isolation thermique entre la membrane et le substrat. Ces bras de soutien assurent également un lien électrique entre les contacts pratiqués en surface du circuit de lecture et les parties électriquement actives de la membrane. De manière classique, la membrane est maintenue par deux bras de soutien car deux liens électriques sont suffisants pour capter la valeur résistive des moyens de thermométrie et transmettre cette valeur au circuit de lecture. Pour capter efficacement la température de la scène observée, il n’est pas rare d’utiliser plusieurs membranes superposées, la membrane supérieure étant reliée à la membrane inférieure pour un ou plusieurs piliers. Cependant, la masse des éléments en suspension influe sur les performances du détecteur, en particulier sur son rapport signal sur bruit et sa constante de temps.

Selon l’invention, le rapport signal sur bruit du détecteur est une grandeur indiquant la plus faible variation de température de la scène dont le détecteur est capable de produire une réponse mesurable. Le rapport signal sur bruit est couramment exprimé en mK. La constante de temps est, quant à elle, associée au temps nécessaire au détecteur pour atteindre son équilibre thermique lors d’une variation de la puissance infrarouge incidente. La constante de temps est exprimée en ms.

La masse de la membrane est étroitement liée à sa capacité thermique C _th (ou masse thermique) qui est un des deux paramètres clef opérant sur la constante de temps du bolomètre. En effet, la constante de temps, notée Tt _h , est égale à la résistance thermique R _th de la membrane multipliée par sa capacité thermique C _th . Ainsi, à résistance thermique équivalente, une augmentation de la capacité thermique de la membrane induit nécessairement une augmentation de la constante de temps du bolomètre. Celle- ci peut être compensée par une diminution de la résistance thermique mais au prix d’un plus faible rapport signal sur bruit car ce dernier est directement proportionnel à la résistance thermique.

Ainsi, la conception d’un bolomètre passe par l’identification d’un compromis acceptable entre le rapport signal sur bruit et la constante de temps, et ce compromis est grandement conditionné par les valeurs de la résistance thermique et de la capacité thermique.

En effet, l’utilisation de détecteurs dont la constante de temps est trop faible au regard de la rapidité des évènements de la scène entraîne une dégradation de l’image, par exemple, l’apparition de phénomènes de traînées, de flous, ou de déformation de l’objet observé. Typiquement, avec la membrane précédemment décrite, il est possible d’obtenir une constante de temps de l’ordre de 10 ms. Par ailleurs, il existe de nombreux cas pour lesquels les détecteurs bolométriques présentent un déficit de rapport signal sur bruit, en particulier toutes les applications de défense destinées à la détection et l’identification de cibles à distance.

Une solution évidente pour réduire la contrainte sur le compromis entre le rapport signal sur bruit et la constante de temps consiste à réduire la capacité thermique de la membrane, mais celle-ci présentent des limites contraignantes. En effet, il est possible de réduire la capacité thermique en réduisant l’épaisseur de la membrane. Cependant, pour des raisons de tenue mécanique, l’épaisseur de la membrane ne peut pas être réduite en dessous d’une épaisseur limite, proche de 0,1 micromètre. Par ailleurs, il peut être envisagé de réduire les dimensions latérales de la membrane mais cette solution entraîne un déficit d’absorption associé une réduction de la surface collectrice de l’absorbeur. Le rapport signal sur bruit du détecteur étant directement proportionnel à son absorption, il serait d’autant diminué.

Le problème technique de l'invention vise donc à réduire la capacité thermique d’une membrane d’un micro-bolomètre en limitant la dégradation de l’absorption du flux infrarouge.

EXPOSE DE L’INVENTION

L’invention propose de répondre à ce problème technique en mettant en œuvre une membrane intégrant un matériau thermométrique de volume réduit. Plus précisément, l’invention propose une membrane dont le matériau thermométrique s’étend selon une surface inférieure à celle du matériau absorbeur. Bien entendu, pour réduire le volume du matériau thermométrique, il est également possible de réduire son épaisseur.

La réduction de la surface du matériau thermométrique permet de réaliser des évidements dans les parties de la membrane qui ne sont pas en regard de la surface sur laquelle le matériau thermométrique est disposé. Les parties dans lesquelles les évidements sont réalisés comportent alors le matériau absorbeur et au moins une couche de diélectrique disposée entre le matériau absorbeur et le matériau thermométrique .

Outre le retrait du matériau absorbeur au niveau des évidements, la couche de diélectrique est également retirée à ce niveau si bien que la masse de la membrane est réduite, améliorant ainsi sa constante de temps.

Ainsi, selon un premier aspect, l’invention concerne un micro-bolomètre d’imagerie infrarouge intégrant une membrane montée en suspension au-dessus d’un substrat au moyen de bras de soutien, la membrane comportant : un matériau absorbeur configuré pour capter les rayonnements infrarouges ;

un matériau thermométrique connecté au matériau absorbeur, et configuré pour réaliser une transduction des rayonnements infrarouges captés par le matériau absorbeur ; et

au moins une couche diélectrique centrale disposée entre le matériau absorbeur et le matériau thermométrique.

L’invention se caractérise en ce que la surface du matériau thermométrique est inférieure à 0.4 fois celle de la membrane, et en ce que des évidements sont ménagés dans le matériau absorbeur et dans l’au moins une couche diélectrique centrale dans des zones de ladite membrane exemptes du matériau thermométrique.

L’invention permet de réduire la masse de la membrane en raison du faible volume du matériau thermométrique et de la présence des évidements dans le matériau absorbeur et dans la couche diélectrique. Ainsi, la membrane présente une capacité thermique plus faible que la membrane des micro-bolomètres de l’art antérieur, et ce, pour une résistance thermique constante ou plus faiblement diminuée. Il s’ensuit que la constante de temps est améliorée par rapport aux membranes existantes avec un rapport signal sur bruit équivalent. Cette réduction de la constante de temps améliore le nombre d’images pouvant être acquises par seconde par un détecteur intégrant des micro- bolomètres selon l’invention.

Avec l’invention, il est également possible d’augmenter le rapport signal sur bruit en gardant une constante de temps équivalente aux membranes existantes. Dans ce cas la résistance thermique est augmentée.

En outre, l’utilisation d’un matériau thermométrique dépourvu d’évidements ou de perforations permet de garantir la qualité de la transduction réalisée par le matériau thermométrique. Les matériaux thermométriques utilisés en bolométrie présentent un bruit dont une contribution est constituée par le bruit en fréquence. Ce dernier augmente de façon inversement proportionnelle au volume du matériau, de sorte qu’il peut devenir prédominant dans les thermomètres de faible volume.

Ainsi, dans le cadre de l’invention, les dimensions du thermomètre sont ajustées de sorte à permettre une forte réduction de la capacité thermique de la membrane et une augmentation négligeable du bruit en fréquence. Selon un mode de réalisation, le matériau thermométrique est déposé au-dessus du matériau absorbeur. Le fait de déposer le matériau absorbeur avant le matériau thermométrique permet à cette étape de dépôt de réaliser les électrodes présentes dans les bras de soutien entre les clous d'ancrage et le matériau thermométrique. Si le matériau thermométrique est déposé sous le matériau absorbeur, la liaison électrique entre les clous d’ancrage et les électrodes présentes dans les bras de soutien est plus complexe à réaliser car des couches plus importantes de matériaux doivent être traversées.

Il est également possible de disposer un second matériau absorbeur avec des évidements au-dessus du matériau thermométrique. Ce mode de réalisation est notamment préféré lorsqu’une grande partie du matériau absorbeur est retirée dans des parties de la membrane dans lesquelles le matériau thermométrique est présent.

En outre, des évidements additionnels peuvent être réalisés dans le matériau absorbeur sous le matériau thermométrique. Ce mode de réalisation permet l’optimisation du couplage optique de l’absorbeur sur une plus grande surface. Dans ce mode de réalisation, la couche diélectrique n’est pas ajourée dans les zones de la membrane où le matériau thermométrique est présent de sorte à assurer le support du matériau thermométrique .

De préférence, le matériau thermométrique est réalisé en oxyde de vanadium ou en oxyde de titane, de sorte que la réduction de la surface du matériau thermométrique n'est pas préjudiciable à la qualité du signal de sortie du micro-bolomètre.

Il est souvent préférable de prévoir une couche diélectrique supérieure déposée au- dessus du matériau thermométrique pour encapsuler celui-ci et le passiver. Cette couche diélectrique supérieure peut s’étendre sur toute la surface de la membrane et les évidements peuvent également être réalisés à travers cette couche diélectrique supérieure pour limiter la masse de la membrane. De plus, le matériau absorbeur peut également être protégé par l'utilisation d'une couche diélectrique inférieure disposée sous le matériau absorbeur. Dans ce mode de réalisation, les évidements sont préférentiellement réalisés à travers cette couche diélectrique inférieure pour limiter encore la masse de la membrane. Ces couches diélectriques assurent la résistance mécanique de la membrane et des bras de soutien. L'épaisseur de ces couches diélectriques peut être réduite au minimum afin de réduire encore la masse suspendue et d’améliorer le temps de réponse en température. Cependant, lorsque ces couches diélectriques sont amincies, il peut exister des problèmes de tenue mécanique de la membrane par les bras de soutien.

Selon un mode de réalisation, la membrane est soutenue par quatre bras de soutien reliés, d’une part à la membrane, et d’autre part, à quatre clous d’ancrage solidaires du substrat, de sorte à améliorer sa stabilité mécanique et permettre un amincissement plus important de ses couches diélectriques. Par exemple, avec ce mode de réalisation, l’épaisseur des couches constituant l’empilement peut être de 10 nanomètres pour les diélectriques inférieurs, central et supérieur, et de 7 nanomètres pour la couche de matériau absorbeur, de sorte que l’épaisseur totale des bras de soutien est égale à 37 nanomètres. Au contraire, dans le cas d’une géométrie de pixel à deux bras de soutien, la stabilité mécanique de la membrane impose des épaisseurs beaucoup plus importantes, c’est-à-dire supérieures à 80 nanomètres.

Avantageusement, dans le but d’une réduction de la constante de temps du bolomètre à rapport signal sur bruit inchangé, la surface du matériau thermométrique est supérieur à 0.1 fois la surface de la membrane. En effet, si la surface du matériau thermométrique est trop faible, et notamment inférieure à 0.1 fois la surface de la membrane, il existe des difficultés technologiques associées à la taille des reprises de contact et à la formation des motifs du matériau thermométrique.

Par ailleurs, lorsque l’objectif est d’augmenter le rapport signal sur bruit du micro- bolomètre à constante de temps inchangée, le rapport entre la surface du matériau thermométrique et la surface de la membrane est avantageusement compris entre les mêmes valeurs de 10% et 40%. Lorsqu’il est inférieur à 10 %, la résistance thermique nécessaire à l’obtention d’une constante de temps nominale et à une sensibilité optimale est supérieure à trois fois la résistance thermique utilisée dans l’état de l’art, ce qui ne parait pas réaliste avec les technologies actuelles. Lorsque ce rapport est supérieur à 40%, le gain en sensibilité potentiel est moins important.

Par exemple, pour un pixel de 17x17 mhi, la membrane peut présenter une surface de 16x16 LUTI, soit 256 mhi ² . Selon l’invention, la surface du matériau thermométrique doit être inférieure à 0.4 fois la surface de la membrane, soit inférieure à 76.8 mhi ² . Il est donc possible d’utiliser un matériau thermométrique de forme carrée avec 8 mhi de côté, soit une surface de 64 mhi ² . La fabrication d'une membrane d’un micro-bolomètre est classiquement réalisée sur une couche sacrificielle de sorte à ce que le retrait de cette couche sacrificielle permette la mise en suspension la membrane au-dessus du substrat.

Une première étape de réalisation de la membrane consiste à déposer la couche diélectrique inférieure sur la couche sacrificielle. Le matériau absorbeur est ensuite déposé sur cette couche diélectrique inférieure. La couche diélectrique centrale est ensuite déposée sur le matériau absorbeur de sorte à isoler électriquement le matériau absorbeur du matériau thermométrique. Des ouvertures de contacts sont ensuite réalisées à travers la couche diélectrique centrale.

Le matériau thermométrique est ensuite déposé localement sur la couche diélectrique centrale et dans les ouvertures de contacts de sorte à connecter électriquement et thermiquement le matériau thermométrique avec le matériau absorbeur. Par exemple, suite au dépôt du matériau thermométrique, une étape de photolithographie et de gravure est réalisée pour structurer le matériau thermométrique de sorte que sa surface soit inférieure à la surface du matériau absorbeur.

Lorsque le matériau thermométrique est déposé et structuré, il est préférable de déposer une couche de matériau diélectrique supérieure sur le matériau thermométrique avant de réaliser une étape de gravure qui définit le contour de chaque micro-bolomètre ainsi que les bras de soutien. Il est possible, lors de cette étape, d’évider les parties de la membrane situées en dehors de la zone du matériau thermométrique.

En outre, le fait de déposer le matériau absorbeur avant le matériau thermométrique permet également à cette étape de dépôt de réaliser les électrodes présentes dans les bras de soutien entre les clous d'ancrage et le matériau thermométrique. Si le matériau thermométrique est déposé sous le matériau absorbeur, la liaison électrique entre les clous d’ancrage et les électrodes présentes dans les bras de soutien est plus complexe à réaliser car des couches plus importantes de matériaux doivent être traversées.

L’invention permet donc de limiter la masse de la membrane sans entraîner une complexification trop importante du processus de fabrication, car il n’est pas nécessaire de mettre en œuvre une étape supplémentaire. L’invention peut être mise en œuvre pour toutes les dimensions connues de micro- bolomètres d’imagerie, notamment les micro-bolomètres d’imagerie formant des pixels au pas de 17 pm ou au pas de 12 pm.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

L’invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, dont les détails sont donnés uniquement à titre d’exemple, et développée en relation avec les figures annexées, dans lesquelles des références identiques se rapportent à des éléments identiques :

^■ la figure 1 est une vue en perspective de dessus d’un micro-bolomètre d’imagerie selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

^■ la figure 2 est une vue de dessus de la membrane du micro-bolomètre de la figure i ;

^■ la figure 3 est un ordinogramme des étapes de réalisation de la membrane de la figure 1 avec des vues successives en section de cette membrane selon l’axe A- A ;

^■ la figure 4 est une vue en section du micro-bolomètre de la figure 1 ;

^■ la figure 5 est une vue en section d’un micro-bolomètre d’imagerie selon un second mode de réalisation de l’invention ;

^■ la figure 6 est une vue en section d’un micro-bolomètre d’imagerie selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

^■ la figure 7 est une représentation schématique de l’évolution, pour une résistance thermique constante, du rapport signal sur bruit et de la capacité thermique du micro-bolomètre de la figure 1 en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique et celle de la membrane ;

^■ la figure 8 est une représentation schématique de l’évolution, pour une constante de temps spécifique, du rapport signal sur bruit et de la capacité thermique du micro-bolomètre de la figure 1 en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique et celle de la membrane ; et

^■ la figure 9 est une représentation schématique de l’efficacité d’absorption d’une couche absorbeur en fonction de son épaisseur et pour différents pas de répétition du motif dont elle est constituée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

La figure 1 illustre un micro-bolomètre d’imagerie 10a conforme à l'invention lors d'une simulation des déformations de sa membrane lia. Cette membrane lia est montée en suspension au-dessus d’un substrat 30. Pour ce faire, quatre clous d’ancrage 15a-15d sont fixés sur un substrat 30 et s'étendent perpendiculairement par rapport à celui-ci. L’exemple décrit sur la figure 1 est non limitatif et l’invention pourrait être mise en œuvre avec uniquement deux clous d’ancrage et deux bras de soutien. La structure de la figure 1 est avantageuse car l'utilisation de quatre clous d’ancrage 15a-15d et de quatre bras de soutien 14a-14h permet d’amincir la membrane lia en limitant sa déformée mécanique, et donc corollairement, de réduire sa masse.

Chaque bras de soutien 14a-14h est formé de deux parties reliées par un palier 16a-16b commun à deux bras de soutien 14a-14h. Plus précisément, une première partie 14a d’un premier bras de soutien est reliée sur le clou d’ancrage 15a situé en haut à gauche de la membrane lia, et cette première partie 14a est connectée sur un palier 16a disposé à gauche de la membrane lia.

Parallèlement à cette première partie 14a, une seconde partie 14e s’étend depuis le pallier 16a pour atteindre le coin en haut à gauche de la membrane lia. Ce palier 16a est également relié à un second clou d’ancrage 15b au moyen d’une première partie 14b d’un second bras. Une seconde partie 14f de ce second bras s'étend parallèlement à cette première partie 14b de ce second bras pour atteindre le coin inférieur gauche de la membrane lia. De la même manière, du côté droit de la membrane lia, une première partie 14c d'un troisième bras de soutien s'étend entre un troisième clou d’ancrage 15c et un palier 16b. Une seconde partie 14g de ce troisième bras s'étend parallèlement à la première partie 14c de ce troisième bras pour atteindre le coin situé en haut à droite de la membrane lia. Le dernier bras de soutien est formé par une première partie 14d s'étendant entre le palier 16b et le quatrième clou d’ancrage 15d ainsi qu'une seconde partie 14h s'étendant parallèlement à la première partie de ce quatrième bras de soutien entre le palier 16b et le coin inférieur droit de la membrane lia. La membrane lia est ainsi suspendue par ces quatre coins.

Tel qu’illustré sur la figure 3, la membrane lia peut être réalisée par une étape 50 de dépôt d’une couche diélectrique inférieure 17 sur une couche sacrificielle 31. Cette couche diélectrique inférieure 17 n'est pas nécessaire pour réaliser l'invention mais permet de protéger le matériau absorbeur 13a lors du retrait de la couche sacrificielle 31. Par exemple, les couches diélectriques 17-19 utilisées pour former la membrane lia peuvent être réalisés en nitrure de silicium. Dans l’exemple des figures 1 et 2, ces couches diélectriques 17-19 sont translucides et permettent d’observer le matériau thermométrique 12 et le matériau absorbeur 13a.

Suite au dépôt de la couche diélectrique inférieure 17, le procédé de réalisation de la membrane lia comporte une étape 51 de dépôt du matériau absorbeur 13a. Cette étape inclue une structuration du matériau absorbeur 13a en créant une ou plusieurs ouvertures 21a de sorte à séparer électriquement les deux électrodes formées par les deux parties du matériau absorbeur 13a. Dans l’exemple de la figure 3, une seule ouverture 21a est créée. Tel qu'illustré sur la figure 2, le matériau absorbeur 13a présente préférentiellement une longueur Lo et une largeur La équivalentes à la longueur et à la largeur de la membrane lia. Le dépôt du matériau absorbeur 13a est ainsi réalisé sur toute la surface de la membrane lia. Le matériau absorbeur 13a est classiquement métallique, tel que le nitrure de titane. Suite au dépôt du matériau absorbeur 13a, le dépôt d'une couche diélectrique centrale 18 est réalisé, lors d’une étape 52, afin d’isoler électriquement le matériau absorbeur 13a du matériau thermométrique 12. Cette couche diélectrique centrale 18 est déposée sur toute la surface du matériau absorbeur 13a. Cette couche diélectrique centrale 18 est également structurée pour former au moins deux ouverture 25 de sorte à obtenir des contacts électriques entre le matériau absorbeur 13a et le matériau thermométrique 12.

Le procédé de réalisation de la membrane lia se poursuit par une étape 53 de dépôt du matériau thermométrique 12 sur la couche diélectrique centrale 18 et dans les ouvertures 25. Cette étape de dépôt est particulière à l’invention puisque le matériau thermométrique 12 n'est pas disposé classiquement sur toute la surface de la couche électrique centrale 18, mais uniquement sur une partie de celle-ci.

Par exemple, tel qu’illustré sur les figures 1 à 4, le matériau thermométrique 12 peut-être déposé sur une surface parallélépipédique rectangle centrée sur la longueur Lo et la largeur La de la membrane lia. En variante, d’autres formes et d’autres positionnements du matériau thermométrique 12 sont possibles.

Le positionnement central du matériau thermométrique 12 permet néanmoins de simplifier le calcul de la résistance nécessaire au bras de soutien 14a-14h pour supporter la membrane lia. Le matériau thermométrique 12 peut être réalisé dans tous les matériaux connus, tels que le silicium amorphe. De préférence, le matériau thermométrique 12 est réalisé en oxyde de vanadium ou en oxyde de titane afin de pouvoir réduire au maximum sa surface sans dégrader trop fortement le rapport signal sur bruit en sortie du micro-bolomètre d'imagerie. La surface du matériau thermométrique 12 peut, par exemple, être comprise entre 10% et 40% de la surface de la membrane lia.

Suite au dépôt localisé du matériau thermométrique 12, il est préférable de déposer, dans une étape 54, une couche diélectrique supérieure 19 afin de protéger le matériau thermométrique 12. Cette couche diélectrique supérieure 19 est déposée à la fois sur le matériau thermométrique 12 et sur la couche diélectrique centrale 18 de sorte à recouvrir toute la surface de la membrane lia.

La réduction de la surface du matériau thermométrique 12 permet la réalisation d’évidements 20 à travers les parties de la membrane lia qui ne sont pas disposés en regard du matériau thermométrique 12.

De préférence, la réalisation de ces évidements 20 est effectuée lors d’une étape 55 de structuration des bras de soutien 14a-14h et de délimitation du micro-bolomètre d’imagerie 10a. La délimitation du micro-bolomètre d’imagerie 10a vise à séparer les pixels les uns des autres lorsqu’un détecteur est réalisé avec un ensemble de micro- bolomètres d’imagerie 10a formant les différents pixels.

La dernière étape 56 de réalisation de la membrane lia consiste à supprimer la couche sacrificielle 31 afin de mettre en suspension la membrane lia au-dessus du substrat 30.

Les évidements 20 peuvent prendre des motifs variés mais il est préférable que la géométrie des motifs répétés soit inchangée après une rotation de 90° autour d’un axe normal au plan de la membrane lia pour assurer une insensibilité du détecteur aux deux polarisations de la lumière. L'épaisseur du matériau absorbeur 13a doit être déterminée en fonction de son taux de remplissage dans les parties de la membrane dans lesquelles les évidements 20 sont réalisés. En outre, ces évidements 20 sont préférentiellement organisés sous la forme d’un réseau matriciel dont le pas P est d'une longueur C très inférieure à la longueur d'onde recherchée par le matériau absorbeur 13a.

Typiquement, les évidements 20 illustrés sur les figures 1 et 2 sont de forme carrée avec une longueur C comprise entre 0.7 et 1.2 micromètres. Ces évidements 20 sont conformés sous la forme d’un réseau matriciel avec un pas P compris entre 0.6 et 1.2 micromètre.

La figure 9 illustre l’efficacité d’absorption d’une couche de matériau absorbeur 13a constituée de motifs périodiques en fonction de son épaisseur, notée ep_abs, et pour différents pas de répétition variant de 0.5 à 4 micromètres. Ces résultats sont issus de simulations dans lesquelles le motif périodique du matériau absorbeur 13a est une croix avec des branches horizontales et verticales présentant 300 nanomètres de côté et pour une longueur d’onde de 10 micromètres. Cette figure 9 montre que le pas entre deux motifs de ce réseau est avantageusement compris entre 0.5 et 3 micromètres ; dans ce cas l’ajustement de l’épaisseur de l’absorbeur permet une efficacité d’absorption supérieure à 85 % à la longueur d’onde de 10 micromètres.

L’augmentation de la surface des évidements réalisés au sein du matériau absorbeur 13a et des couches diélectriques 17-19 permet de limiter la masse de la membrane lia. Cependant, cette augmentation réduit également les capacités de captation du matériau absorbeur 13a ainsi que la résistance mécanique conférée par les couches diélectriques 17-19. Afin de conserver des propriétés de captation satisfaisantes, les évidements sont disposés selon une matrice dont le pas est inférieur à la longueur d’onde d’intérêt pour le matériau absorbeur 12.

Ainsi, en raison de la présence des évidements réalisés au sein du matériau absorbeur 13a hors de la zone occupée par le matériau thermométrique 12, le matériau absorbeur 13a doit présenter une épaisseur de l’ordre de 18 nanomètres, dans le cas de l’exemple chiffré ci-dessus d’un matériau absorbeur 13a présentant un taux de remplissage de 33%. En d’autres termes, cette épaisseur doit être supérieure à l’épaisseur optimale du matériau absorbeur 13a situé en regard ou à l’aplomb du matériau thermométrique 12, qui, à ce niveau, serait de l’ordre de 8 nanomètres, car, comme évoqué ci-dessus, le matériau absorbeur 13a ne comporte pas d’évidement en cette zone spécifique. Dans le cas contraire, l’adaptation du matériau absorbeur 13a n’est pas efficace. Afin de supprimer ce problème, tel qu’illustré sur la figure 5, il est possible de perforer uniquement le matériau absorbeur 13b dans la zone du matériau thermométrique 12 avec un réseau d’évidements 21b. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 5, les couches de matériaux diélectriques 17-19 ne sont pas perforées dans les parties de la membrane 11b dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent. Le gain engendré sur la masse de la membrane 11b est négligeable, mais ce mode de réalisation permet d’obtenir un micro-bolomètre 10b présentant une absorption rigoureusement uniforme et optimisée avec une épaisseur de métal définie pour s’adapter sur les parties de la membrane 11b dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent, typiquement 12-18 nanomètres.

Par ailleurs, le mode de réalisation de la figure 5 propose également de ne pas utiliser de couche diélectrique supérieure 19 comparativement au mode de réalisation de la figure 4. En variante, le couche diélectrique supérieure 19 peut également être supprimée dans la mode de réalisation de la figure 4 ou ajoutée au mode de réalisation de la figure 5.

Il est également possible, tel qu’illustré sur la figure 6, de retirer une grande partie du matériau absorbeur 13c dans la zone du matériau thermométrique 12 avec un évidement 21c de grande surface. La seule partie restante du matériau absorbeur 13c est celle permettant de former les connexions 25 avec le matériau thermométrique 12. Dans ce mode de réalisation, le micro-bolomètre 10c comporte également une membrane 11c intégrant un matériau absorbeur 26 supplémentaire disposé au-dessus du matériau thermométrique 12 de sorte à pallier au manque de matériau absorbeur sous le matériau thermométrique 12. Ce matériau absorbeur 26 supplémentaire est également perforé sans perforer le matériau thermométrique 12.

Ainsi, dans les modes de réalisation des figures 4 et 6, le matériau absorbeur 13a, 13c capte efficacement les rayonnements infrarouges même si l’adaptation est uniquement optimisée sur les parties de la membrane lla-llc qui ne sont pas en regard de la surface du matériau thermométrique 12, c’est-à-dire si le matériau absorbeur présente uniquement une épaisseur de l’ordre de 18 nm. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le gain engendré sur la masse de la membrane 11b est négligeable, mais ce mode de réalisation permet d’obtenir un micro-bolomètre 10b présentant une absorption rigoureusement uniforme et optimisée avec une épaisseur de métal définie pour s’adapter sur les parties de la membrane 11b dans lesquelles le matériau thermométrique 12 est présent. L'invention permet ainsi d'obtenir une membrane lla-llc avec une masse particulièrement réduite, ce qui améliore la capacité thermique de cette membrane.

La figure 7 illustre, pour une même valeur de résistance thermique Rth, l’évolution du rapport signal sur bruit, également appelé SNR pour l’expression anglo-saxonne « Signal to Noise Ratio », d’un micro-bolomètre 10a, conforme à celui des figures 1 à 4. La figure 7 illustre également l’évolution du celle de la capacité thermique Cth de la membrane lia en fonction du rapport entre la surface du matériau thermométrique 12, notée Stherm, et celle de la membrane lia, notée Smembrane.

Pour des rapports Stherm/Smembrane compris entre 10 % et 40 %, le SNR du micro- bolomètre 10a présente une dégradation relativement faible, comprise entre 6% et 25% tandis que, dans le même temps, la capacité thermique Cth de la membrane lia est réduite de 46% à 68%. Ainsi, l’invention permet de réduire plus fortement la capacité thermique Cth de la membrane lia que le rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a. Cette figure 7 illustre également le fait que l’invention permet d’atteindre des constantes de temps faibles associées à des rapports signal sur bruit proches de l’état de l’art.

Par ailleurs, il est possible de retrouver des valeurs de rapport signal sur bruit égales à celles de l’état de l’art, par un ajustement de la résistance thermique par exemple, tout en conservant une constante de temps réduite. Enfin, le développement des matériaux thermométriques 12 permet aujourd’hui de disposer de matériaux à fort rapport signal sur bruit ce qui constitue un levier supplémentaire pour compenser la perte de sensibilité associée à la réduction du volume du matériau thermométrique 12.

La figure 8 illustre, pour une même valeur de constante de temps, et donc pour des valeurs de résistances thermiques Rth différentes, l’évolution du rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a et de celle de la capacité thermique Cth de la membrane lia en fonction du rapport Stherm/Smembrane. Cette figure 8 illustre le fait que l’invention combinée à une augmentation de la résistance thermique Rth permet de réaliser des détecteurs à forte sensibilité et à constante de temps proche de l’état de l’art. Par exemple, dans le cas d’un matériau thermométrique 12 présentant un rapport Stherm/Smembrane égal à 30 %, le rapport signal sur bruit du micro-bolomètre 10a peut être doublé si la résistance est ajustée à la hausse. L'invention a été testée avec un matériau thermométrique 12 en oxyde de vanadium et rutilisation de trois couches diélectriques 17-19 telles qu’illustrées sur la figure 3. Le rapport entre la surface du matériau thermométrique 12 et la surface de la membrane 11 est sensiblement de 20 %, et les évidements 20 ont été réalisés avec une longueur de 0.8 micromètre est un pas de 1.2 micromètre. Ces tests ont permis de mettre en évidence un temps de réponse en température de l’ordre de 3 ms, ce qui constitue une amélioration très significative par rapport aux micro-bolomètres d’imagerie de l’art antérieur, qui présentent un temps de réponse en température de l’ordre de 10 ms et une sensibilité à hauteur de l’état de l’art.

Le gain obtenu par l'invention est ainsi très important et permet d'envisager des applications nouvelles aux micro-bolomètres d’imagerie, telles que la capture d’images rapides ou le suivi plus efficace d’éléments dans une scène.