Brevet FR2260884A1 — publié le 19750905

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un support pour détecteur de rayonnement optique å thermopile, ledit support étant constitué par une plaquette on un @atériau ayant une bonne conductibilité thermique, percée sur l'une de ses faces d'au moins une ouverture et recouverte au moins sur l'autre face, d'une pellicule en un composé à faible niveau de conductibilité électrique, ladite pellicule formant le substrat sur lequel sont déposés les éléments actifs de la thermopile. Ln présente invention concerne également le support roa- lisé selon le procédé. La présente invention concerne enfin le détecteur de rayon- nement réalisé sur ledit support. On sait que pour réaliser une thermopile, on réunit on série, en parallèle ou en série-parallèle une pluralité d'élévents actifs désignés couramment sous les dénominations de "couples thermoélectriques" ou de "thermocouples", chaque élément résultant de la conjonction de deux matériaux thermoélectriques. Selon une technique connue, les éléments actifs de la ther :lopilc sont disposés sur le substrat de manière a ce que leurs "soudures chaudes" se trouvent en regard d'ouvertures ou de rainures pratiquées dans la plaquette sous-jacente ; les soudures chaudes sont, de ce fait, partiellement isolées de ladite pla quette du point de vue thermique et elles peuvent ainsi s'échauf@ fer sous l'action d'un rayonnement. Les "soudures froides" se trouvent placées, au contraire, au-dessus des parties pleines non usinées de la plaquette et, en conséquence, elles demeurent sensiblement à la même température que ladite plaquette. Une thermopile réalisée selon cette technique est décrite dans le brevet français n0 1 522 C58. Sur une plaquette reali- sée en une matière conductrice de la chaleur et évidée en sa partic contrale, est rapportée une lamelle d'oxyde d'aluminium d'une épaisseur de 0,1 m. Ladite lamelle d'oxyde d'aluminium est collée sur les bords de la plaquette à l'aide d'une résine appropriée. Sur la lamelle sont déposées des couches minces de bismuth et d'antimoine qui, convonablement reliées entre elles, forment les éléments actifs de la thermopile, lamelle et plaquette sous-jacente constituant ensemble le suppert de cette thermopile. Un support constitué de la sorte ne convient pas parfaite- ment à à la réalisation d'une thermopile. En effet, la sonsibilité d'une thermopile dépend, en lonction directe et entre autres facteurs, de l'importance de la résistance thermique entre les soudures chaudes et les soudures froides des thermocouples qui la constituent. Or, cette résistance thermique est d'autant plus grande que l'@paisseur des dépôts en couches minces formant ces ther @ocouples est petite. Par conséquent, afin d'augmenter la sensi- bilité d'une thermopile, il convient d'augmenter ladite résistance thermique entre les soudures chaudes ct les soudures froides ; ceci nécessite de diniiuer l'épaissour des couches minces des thermocouples, ce qui n'est possible que si 1 état de surface de la lamelle sur laquelle sont déposées losdites couches minces est sensiblci;lent améliorée par rapport ci ce qu'il était connu de faire jusqu'à maintenant. Afin d'améliorer l'étant de surface de ladite lamelle, la demanderesse propose un procédé selon lequel ladite lamelle n'est plus rapportée sur une plaquette d'un matériau approprié, rais fait partie intégrante de ladite plaquette. La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un support pour détecteur de rayonnement optique à thermopile, ledit support étant constitué par une plaquette en un matériau ayant une bonne conductibilité thermique, percée sur l'une de ses faces d'au moins une ouverture et recouverue au moins sur l'autre face d'une pellicule en un composé à faible niveau de conductibilité électrique, ladite pellicule formant le substrat sur lequel sont déposés les éléments actifs de la thermopile; elle est remarquable en ce que ladite plaquette est initialement ereusée sur une partio de son épaisseur à l'emplacoment de ladite ouverture, en ce que on crée ensuite par des moyens appropriés ladite pellicule d'une façon telle qu'elle fasse partie intégrante de ladite plaquette et en ce que l'on poursuit @nfin le creusement de l'ouverture jusqu'à sa rencontre avec ladite pellicule. Selon l'invention, on réalise ainsi un support monobloc formé d'une plaquette épaisse creusée sur toute son épaisseur à l'e@placement d'au moins une ouverture et recouverte d'une pellicule iat partie de ladite plaquette. Préférentiellement, ladite plaquette est en aluminium et ladite pellicule est créée par oxydation anodique. Un premier avantage dc la présente invention est que l'on peut obtenir ainsi un excellent état de surface. En outre, il est possible de donner a ladite surface la planéité oc la courbure désirée selon les besoins de l'utilisation ultérieure. Un second avantage de la présente invention est qu'il n'est plus nécessaire de procéder à un collagc d'une pellicule sur une plaquette, le support réalisé est monobloc et, de cc fait, il en résulte une très grande facilité de manipulation. Un troisième avantagc de la présente invention est que, par suite de l'absence de collage1 la plaquette est beaucoup plus fiable. Enfin, un autre avantage de la présente invention est que la technique de mise en oeuvre est simple et les manipulations réduites. Un tel support peut notamment être utilisé compte tenu de son état de surface et des conséquences qui en résultent, pour des détecteurs de rayonnement optique, ou thermopiles digitales De semblables détecteurs ont été décrits dans la demande de brevet français déposée le 9 Octobre 1972 sous le n 72 35684 : au nom de la demanderesse et intitulée : "Détecteur digital de rayonnement optique". Un tel détecteur comprend un certain nombre de thermocouples connectés en série suivant une forme appropriée comportant un certain nombre de rangées géométriquement indépendantes et constituant un motif et déposés sur un substrat isolant et tres mince, reposant sur un support a bonne conductibilité thermique. Afin d'augmenter l'isolement thermique entre les différentes rangées de couples thermoélectriques, on pratique des entailles dans ledit substrat parallèlement auxdites rangées ct entre celles-ci. Le substrat isolant et très mince ainsi que le support à bonne conductibilité ttiermique sur lequel il repose peut avantageusement être remplacé par un seul support pais conforme au support selon la présente invention. La description qui va suivre, on regard des dessins an neés donnés a titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. On a choisi de décrire un support présentant quatre évidements dans son épaisseur. Le nombre des évidoments ost fonction des dimensions de la surface sensible nécessaire pour la thermopile que lton désire obtenir, il est par conséquent variable d'un détecteur a l'autie. - La figure I représente la plaquette de départ en vue plane. - Les figures 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2f représentent de profil les différentes étapes de réalisation du support. - La figure 3 représente de profil un détecteur optique rea- lisé sur un support conforme à l'invention. - La figure 4 représente en perspective. cavalière le détecteur optique de la figure 3. Sur la figure 1, on a représenté en vue plane une plaquette 1 en aluminium dans laquelle seront percées quatre ouvertu res dont les emplacements sont désignés par 2, 3, 4 et 5 marqués on pointillés. Les différentes figures 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2 f repre- sentent le support au cours de ces différentes étapes de réalisation. Sur la figure 2a on a représenté la plaquette de départ . dans laquelle- sont approfondies les quatre ouvertures sous forme de présillons désignés également par 2, 3, 4 et 5. Le creusement est fait d'une façon telle que, si on part d'une plaquette d'aluminium de i ma d'épaisseur, on peut réaliser des présillons de, environ 800 m de profondeur et, environ: 500 m de large, et ayant un pas de, par exemple, 800 m. La figure 2b présente la même plaquette 1, qui est usinée par des moyens classiques de telle sorte que au fond des présillons l'épaisseur restante est égale à la moitié de celle qui existait précédemment. Dans cet exemple, il restera au. fond des présillons une épaisseur de 100 m d'aluminium. Ensuite, on procède (figure 2c) à une oxydation anodique de toute la surface 5 afin d'obtenir une couche d'alumine 7 qui fait ainsi partic intégrante de la plaquette 1 ; il est également possible de ne faire une oxydation anodique que sur la face 60 de la plaquette 1, c'est-à-dire la face qui est opposée aux présillons 2, 3, 4 et 5. L'étampe suivante et qui est représentée sur la figure 2d est l'étape au cours de laquelle on grave mécaniquement le fond des présillons 20 à 50, de façon à fairc apparaître l'aluminium dans le cas où toute la plaquette 1 a été recouverte d'alumine 7. L'aluminium restant au fond des présillons 20, 30, 40 et 50 est ensuite gravé chimiquement (figure 2e) dans un bain d'acide chlorhydrique & N par exemple, pour mettre a nu l'alumine de la face avant 60, le bain ayant pour effet d'enlever les parties désignées par 21, 31, 41 et 51 ; on obtient ainsi la structure représentée sur la figure 2f. Sur la figure 3, on a représenté, de profil, un détecteur optique réalisé sur un support conforme à l'invention. On a déposé sur le support, par évaporation flash ou par tout autre moyen classique approprié, des couples thermoélectriques de matériaux choisis à cet effet n et 9 et qui forment alter-la- tivement des "soudures chaudes" désignées par 10 et se trouvant en regard des ouvertures 2, 3, 4 ou 5 et des "soudures froides" désignées par il cn contact avec la plaquette. La figure 4 représente en perspective cavaliere le détec- teur optique de la figure 3 avec l'alternance des soudures chaudes 10 et des soudures froides 11 entre les matériaux 8 et 9. On a désigné sur ce schéma par 12 des entailles prati queues dans la couche d'alumine parallèles -aux lignes droites des rangées de thermocouples et permettant d'assurer à toutes lesdites rangées la même sensibilité. Ce détecteur, mais avec un support différent, a fait l'objet de la demande de brevet no 72 35684 précitée. On a, conformément a l'invention, réalisé un support dans une plaque d1aluminium d'une épaisseur de 1 mm et de 99,5 % de pureté. On a réalisé par fraisage sur une face a la plaque, 4 présillons de 800 m de profoiideur et 500 m de large, au pas de 800 m. A Afin d'utiliser le support peur faire un détecteur optique, on peut percer des trous permettant le positionnement des masques métalliques qui seront utilisés lors de l'évapora- tion des matériaux ttIernoélectriques. Les deux faces de la plaquette ont ensuite été préparées par polissage par exemple et les présillons ont été approfondis de telle sorte que demeure seulement une épaisseur de 100 m d'aluminium au ond de chaque présillon. On a ensuite procédé à une oxydation anodique afin d'obtenir une couche d'alumine, sur toute la surface de la plaquette, de 4 000 environ d'épaisseur. Le fond des présillons a alors été gravé mécaniquement pour enlever la couche d'alumine qui s' trouvait. Puis,l'alu- minium restant au fond des présillons a été gravé chimiquement dans un bain d'acide chlorhydrique dc façon à mettre a nu l'alumine de la face avant, l'alumine qui restait sur la face arrière servant de masque de protection pour l'attaque chimique. Pour la thermopile digitale que l'on désirait réaliser, on avait, avant de procéder r la gravure chimique ci-dessus men- tionnée, effectué des fentes dals l'alumine afin d'isoler thermiquement les rangées de couples thermoélectriques. On a ensuite, par évaporation flash, déposé les couples ther:uoélectriques Bi2Te3(P) et Bi2Te3(N) selon les formes appropriées à travers des masques convenables, apres avoir déposé au préalable une couche d'accrochage de nicel évaporé, puis oxydé à la température d'environ 300 C. Pour l'évaporation du Bi2To3(P) le substrat avait été porté à une température de l'ordre de 250 C et pour le Bi2Te3(N) à une température de l'ordre de 200 C. Dans de telles conditions, on a obtenu notamment une thermopile digitale dont les performances étaient les suivantes sensibilité 30 volts/watt, une constante de temps de 28 millisecondes et une résistance de 80 k#. Ces valeurs ne sont données qu'à titre indicatif et ne peuvent en aucun cas être considérées comme une limite aux performances des détecteurs réalisés avec un support selon l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un support pour détecteur dc rayonnement optique à thermopile, ledit support étant constitué par une plaquette en un matériau ayant une bonne conductibilité thermique,percée sur l'une de ses faces d'au soins une ouverture et recouverte au moins sur l'autre face d'une pellicule on un composé à faible niveau de conductibilité électrique, ladite pellicule formant le substrat sur lequel sont déposés les elé- ments actifs de la thermopile, caractérisé cn ce que ladite plaquette, après préparation classique de ses faces est initia- lement creusée sur une partie de son épaisseur à l'emplacement de ladite ouverture, en ce que on crée ensuite, par des moyens appropriés, ladite pellicule d'une façon telle tutelle fasse partie intégrante de ladite plaquette et en ce que on poursuit enfin le creusement de l'ouverture jusqu'à sa rencontre avec ladite pellicule. 2. Procédé de réalisation d'un support selon la revendication 1, caractérisé en ce que on utilise une plaquette en aluminium et en ce que on forme la pellicule par oxydation anodique. 3. Support pour détecteur de rayonnement réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plaquette en un matériau ayant une bonne conductibilité thermique, recouverte au moins sur l'une de ses faces d'une pellicule faisant partie de ladite plaquette, et présentant à partir de l'autre face, au moins un évidement creusé à travers toute spn épaisseur jusqu'à la rencontre Taveo ladite pellicule. 4. Support selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaquette est au moins égale à 0,4 mm et l'épaisseur de ladite pellicule comprise entre 0,1 m et 1 m. 5. Détecteur de rayonnement optique réalisé sur un support selon la revendication 3.